“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置

王子龍

一、研制背景

“光和影”這一課的教材內(nèi)容分為光源和影子兩個(gè)部分，教材中采用手電筒、木塊、墻面或地面等材料開展實(shí)驗(yàn)。雖然教材中所采用的實(shí)驗(yàn)材料容易找到，但老師演示和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)操作比較麻煩，光源不能固定，拿手電筒照射遮擋物的同時(shí)還要移動(dòng)光源的方向和位置，定位難準(zhǔn)，操作費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。而且，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，光源和影子難免抖動(dòng)，不利于學(xué)生清晰地觀察、測(cè)量遮擋物的影長(zhǎng)，影響實(shí)驗(yàn)效果。

為了精準(zhǔn)控制變量，幫助學(xué)生掌握“光和影”之間的變化規(guī)律，我設(shè)計(jì)制作了“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置，能輕松地完成這一課三組不同的實(shí)驗(yàn)，并取得良好的教學(xué)效果。

二、工具和材料

美工刀、圓規(guī)、手電鉆、鉗子、量角器、直尺、彩筆、鋼鋸、薄木板、圓形架、螺絲及螺帽、夾子、手電筒、長(zhǎng)方體木塊、平面鏡等。

三、制作過(guò)程

根據(jù)圓形架的大小在薄木板上畫圓，并用鋼鋸鋸掉圓外多余的部分;再用量角器將圓盤分成12等份，然后在薄板的圓心及圓周上鉆孔，與圓盤用螺絲固定;接著用連接構(gòu)件將圓盤與方座支架立桿組裝起來(lái);最后用薄板做一個(gè)立體的“L”屏，畫好實(shí)驗(yàn)時(shí)光源射出、遮擋物放置的位置，“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置便大功告成了。

四、裝置組成

我設(shè)計(jì)制作的“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置由轉(zhuǎn)盤、光源（手電筒）、7號(hào)電池、夾子、連接構(gòu)件、方座支架、有腳的遮擋物（長(zhǎng)方體木塊）、兩個(gè)屏等組成。方座支架上的立柱固定轉(zhuǎn)盤且能上下移動(dòng)，轉(zhuǎn)盤設(shè)有等分刻度，轉(zhuǎn)盤邊上的夾子用來(lái)夾住光源（手電筒）并控制光源射出的方向，遮擋物和屏能方便地左右移動(dòng)，滿足“光”這一單元不同的實(shí)驗(yàn)要求。

五、實(shí)驗(yàn)器材

“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要器材有長(zhǎng)、寬、高分別為6厘米、3厘米、2厘米的長(zhǎng)方體木塊（遮擋物），長(zhǎng)分別為30厘米、20厘米的直尺，30x20厘米、45x30厘米的長(zhǎng)方形組合屏，A4白色卡紙，鉛筆。

六、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（一）實(shí)驗(yàn)一

用“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置做觀察影子的方向、長(zhǎng)短變化的實(shí)驗(yàn)。

開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，手電筒的位置以立柱為標(biāo)準(zhǔn)，遮擋物在光源的正下方。

如圖2，打開光源開關(guān)，光源在上。觀察發(fā)現(xiàn)，影子在遮擋物的正下方。

如圖3，轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)兩格，同時(shí)調(diào)整光源的方向，光源在左，發(fā)現(xiàn)影子在遮擋物的右邊。

如圖4，轉(zhuǎn)盤右轉(zhuǎn)四格，同時(shí)調(diào)整光源的方向，光源在右，發(fā)現(xiàn)影子在遮擋物的左邊。

如圖5，轉(zhuǎn)盤再右轉(zhuǎn)兩格，同時(shí)調(diào)整光源的方向，光源在右，位置更低，發(fā)現(xiàn)影子在遮擋物的左邊，影子較長(zhǎng)。

如圖6，轉(zhuǎn)盤左轉(zhuǎn)八格，同時(shí)調(diào)整光源的方向，光源在左，位置更低。發(fā)現(xiàn)影子在遮擋物的右邊，影子較長(zhǎng)。

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出：影子的方向、長(zhǎng)短隨著光源照射的方向、位置的改變而改變。

（二）實(shí)驗(yàn)二

用“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置觀察、測(cè)量屏上影子的影長(zhǎng)。

如圖7，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，光源到屏的距離為30厘米。打開光源，將遮擋物放在離光源10厘米、離屏20厘米處，測(cè)量屏上的影長(zhǎng)。

如圖8，將遮擋物放在光源和屏中間15厘米處，測(cè)量屏上影子的影長(zhǎng)。

如圖9，將遮擋物放在離光源20厘米、離屏10厘米處，測(cè)量屏上影子的影長(zhǎng)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：影子的大小與遮擋物、光源、屏之間的距離遠(yuǎn)近有關(guān)。

（三）實(shí)驗(yàn)三

用“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置觀察、測(cè)量影子的長(zhǎng)和寬，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)畫出影子的形狀。

如圖10，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，將遮擋物長(zhǎng)和寬分別為3厘米和2厘米的側(cè)面對(duì)準(zhǔn)光源，放在離光源8厘米處。打開光源，測(cè)得屏上影子的長(zhǎng)和寬分別為9和6。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)畫出遮擋物影子的形狀。

如圖11，使光源和立柱重合，調(diào)整光源的方向，將遮擋物長(zhǎng)和寬分別為6厘米和2厘米的側(cè)面對(duì)準(zhǔn)光源，放在光源的正下方，測(cè)得屏上影子的長(zhǎng)和寬分別為6.9厘米和2.3厘米。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)畫出遮擋物影子的形狀。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和影子的圖形，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：影子的形狀和光源照射的遮擋物側(cè)面的形狀相似。

七、裝置使用范圍和效果

用“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)，本課三組不同的實(shí)驗(yàn)都能輕松地完成，而且操作簡(jiǎn)單，定位精準(zhǔn)，省時(shí)省力，效果明顯，能幫助同學(xué)們理解“光和影”之間的變化規(guī)律0

如圖12，給該實(shí)驗(yàn)裝置增加一個(gè)10厘米的立柱，還能模擬“陽(yáng)光下的影子”。

如圖13，增加中間有孔的紙屏，實(shí)驗(yàn)“光的直線傳播”。

如圖14，增加兩塊平面反光鏡，可進(jìn)行“光的反射”等多組不同的實(shí)驗(yàn)。

“光和影”實(shí)驗(yàn)裝置具有使用的廣泛性，能滿足這一單元多課不同的實(shí)驗(yàn)要求。

八、創(chuàng)新價(jià)值

采用我自制的“光和影”裝置實(shí)驗(yàn)，按照由易到難、由簡(jiǎn)到繁進(jìn)行設(shè)計(jì)，可先觀察演示實(shí)驗(yàn)，再觀察、測(cè)量影子的影長(zhǎng)，最后觀察、測(cè)量影子的長(zhǎng)和寬，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)畫出遮擋物側(cè)面的形狀和影子的形狀。通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察、測(cè)量、畫圖、歸納總結(jié)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。用這個(gè)“光和影”裝置實(shí)驗(yàn)，通過(guò)精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)銜接巧妙自然，可用最少的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，實(shí)驗(yàn)前后連貫，一氣呵成。

（編輯巧克力）