光的全反射探究式教具及光控音響的制作

王 漫，代 偉，杜 倩，蔣金華

(西華師范大學(xué) 物理與空間科學(xué)學(xué)院， 四川 南充 637002)

物理是一門基于實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)，因此立足實(shí)驗(yàn)是開展物理教學(xué)的重要手段，現(xiàn)有的教具存在一些不足，不能很好滿足教師的創(chuàng)新教學(xué)需要，有的儀器過于昂貴且操作復(fù)雜，有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯直觀，如購(gòu)買的光的全反射演示儀中，透鏡太小不便觀察. 因此，作為物理教師必需具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作能力，開展教具自制. 教師應(yīng)用自制的教具去解決教學(xué)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，能夠很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能通過自制教具創(chuàng)設(shè)物理情境幫助學(xué)生建立物理模型，另外還可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力.

1 自制光的全反射探究式教具

1)所需材料：木板、薄鐵皮、有機(jī)玻璃、圓環(huán)刻度盤、亞克力、磁鐵、T型不銹鋼架、激光筆等.

2)制作方法：按照?qǐng)D1所示的結(jié)構(gòu)將木板和薄鐵皮切割為尺寸相同的長(zhǎng)方形，將鐵皮訂在木板上，再在鐵皮上粘1張白的即時(shí)貼作為光的全反射探究式教具的立板. 將2個(gè)T型不銹鋼架固定在立板的兩側(cè)作為教具支架. 切割半徑比禮盒尺寸(φ=25 cm)略大的有機(jī)玻璃圓板，用有機(jī)玻璃膠將禮盒粘貼在有機(jī)玻璃圓板上，制成不漏水的圓形盒子，然后用螺絲將圓形盒子固定在立板上. 依據(jù)圓盒的尺寸將薄木板切割成圖2所示的圓環(huán)手柄套在圓盒上，使其可繞圓盒轉(zhuǎn)動(dòng). 手柄的底面貼長(zhǎng)方形小磁片，上方安裝一激光筆支架，并將放置激光筆的圓形塑料管同時(shí)固定在激光筆支架上. 這樣轉(zhuǎn)動(dòng)手柄就可使激光筆繞圓盒的中心旋轉(zhuǎn)，利用手柄下方的小磁片和立板上的鐵片可將激光筆放置在任意角度上. 為了得到光的全反射所需要的半圓形透鏡，將圓形透明有機(jī)玻璃盒的上方鉆1個(gè)小孔，注入半盒顏色較淺的墨水，即可得到半圓形透鏡. 為了看清半圓形透鏡上方的光路，可從孔中加入煙霧后將孔堵住. 為了能準(zhǔn)確讀取入射角和折射角的角度，在圓盒上貼了角度標(biāo)尺.

圖1 光的全反射演示儀

圖2 圓環(huán)手柄

3)使用方法：打開激光筆，讓光線沿半徑方向垂直于水的平直面入射，此時(shí)入射角為0°，增大入射角，一部分光反射回水中，另一部分光折射進(jìn)入空氣. 繼續(xù)增大入射角，折射角接近90°，再繼續(xù)增大入射角，折射光線消失，只剩下強(qiáng)度較強(qiáng)的反射光線，實(shí)驗(yàn)效果如圖3所示.

(a)

(b)

(c)

4)優(yōu)點(diǎn)：該自制教具材料普通、制作容易、操作簡(jiǎn)單、尺寸較大、實(shí)驗(yàn)效果好,在課堂教學(xué)中，應(yīng)用此教具進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)與學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，結(jié)合教師講授，有利于學(xué)生更好地理解光的全反射現(xiàn)象以及全反射產(chǎn)生的條件.

2 自制全反射水槽

1)所需材料：方形有機(jī)玻璃管、有機(jī)玻璃板、水、激光筆.

2)制作方法：選取折射率與水相近的有機(jī)玻璃方管，按照有機(jī)玻璃方管的尺寸切割2塊長(zhǎng)方形的有機(jī)玻璃片，用有機(jī)玻璃膠將有機(jī)玻璃片與有機(jī)玻璃方管粘合在一起，做成封閉水槽，在水槽頂部打孔，便于水槽裝水與換水，制作完成的全反射水槽如圖4所示. 該教具原理與文獻(xiàn)[1]光沿著彎曲的有機(jī)玻璃棒傳播的原理類似.

(a)

(b)圖4 光的全反射水槽

3)使用方法：打開激光筆，讓光線垂直于水槽面入射，入射角為0°，光在同種介質(zhì)中將沿直線傳播. 逐漸傾斜激光筆，增大入射角，原本從水槽射向空氣的光線在水槽與空氣的界面處發(fā)生全反射，一系列的全反射使水槽中原本呈直線的光線變?yōu)檎劬€.

4)優(yōu)點(diǎn):全反射水槽實(shí)驗(yàn)成本低，制作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯. 不僅可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)光，而且可以清晰地展示水槽內(nèi)部的全反射光線，加深學(xué)生對(duì)于全反射現(xiàn)象以及全反射產(chǎn)生的條件的理解. 在課堂教學(xué)中，可以將此教具引入新課，激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的興趣. 新課學(xué)習(xí)之后，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋其中的原理并讓學(xué)生課后親手制作，加深學(xué)生對(duì)本節(jié)知識(shí)的理解與應(yīng)用并鍛煉其動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的.

3 自制光控音響

1)所需材料：音響、光控開關(guān)、手機(jī)、電池盒、光導(dǎo)纖維、激光筆.

2)制作方法：將電源、音響、光控開關(guān)按光控音響原理圖5所示連接，音響的播放文件線與手機(jī)接通，手機(jī)可提供播放的音樂，將光導(dǎo)纖維一端與光控開關(guān)相連，另一端連接激光筆，自制完成的光控音響如圖6所示. 通過激光筆開關(guān)控制光控開關(guān)的斷開與閉合，從而控制音響發(fā)聲情況.

圖5 光控音響原理圖

3)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)成本低，制作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯. 在課堂教學(xué)中將教具引入新課，可以激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲以及學(xué)習(xí)熱情，活躍課堂氣氛與學(xué)生思維. 學(xué)習(xí)光導(dǎo)纖維后揭曉其中的奧妙，可以體現(xiàn)課堂的完整性，幫助學(xué)生理解并掌握光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用.

圖6 光控音響實(shí)物圖

4 結(jié)束語(yǔ)

自制教具對(duì)中學(xué)物理教學(xué)起著積極的促進(jìn)作用，物理教師應(yīng)從生活出發(fā)，多思考，多交流，積極研究和開發(fā)自制教具，在提高自己設(shè)計(jì)制作自制教具能力的同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).