“光的反射”實驗裝置的創(chuàng)新與改進

甘肅省民勤縣第六中學(733399) 石玉慧

在具體的物理教學實踐過程中，教師對現(xiàn)有物理教具進行創(chuàng)新和改進，不但可以提高教師自身的業(yè)務水平，還可以點燃學生學習物理的思維的火花，培養(yǎng)他們的動手操作意識及創(chuàng)新能力。

1 課本實驗設(shè)計的不足

人教2011版物理課本八年級上冊第4章第2節(jié)“光的反射”一節(jié)實驗教學中，把一塊平面的鏡子先放置于實驗桌面上，然后把一塊白色的紙板ENF放在這塊鏡子上且與它所放置的鏡面保持垂直關(guān)系，實驗中用白色紙板來承接光線。

然而，該探究方案在具體實施時存在以下幾點不足：

(1)實驗時往往很難一直保持白紙板與平面鏡相互垂直，同時白紙板不夠平整，以至于反射光線在紙板NF上時有時無。

(2)常規(guī)實驗條件下激光筆發(fā)出的激光束不能完全呈現(xiàn)在白紙板上，實驗中光線經(jīng)常時有時無，操作的穩(wěn)定性差，學生做起來很麻煩。

(3)要用不同顏色的筆記錄入射光線EO和反射光線OF的徑跡，步驟繁瑣，費時耗力，學生一不小心就會操作失誤。

(4)入射角的大小不確定性大，并且需要我們借助于量角器來確定入射角i和反射角r兩角的大小，在判斷反射角與入射角的大小關(guān)系時稍有不慎，就會造成較大誤差，甚至得出錯誤結(jié)論。

2 實驗室配備裝置的缺陷

在目前中學教學中常用實驗室配備的“光的傳播、反射、折射實驗器”(見圖1)來演示該實驗，但是該裝置在設(shè)計上仍然存在缺陷：

(1)反射光屏沒有設(shè)計向后轉(zhuǎn)動的功能，無法探究三線共面的問題，不能保證實驗探究的嚴謹性。

(2)反射面固定不穩(wěn)，不能保證鏡面與反射面垂直，致使另一側(cè)紙板NF上可能無法觀察到反射光線。

(3)配套裝置中塑料鏡片對光線的反射效果差，白屏上入射光線和反射光線徑跡可見度低，實驗現(xiàn)象不易觀察到。

圖1 光的傳播、反射、折射實驗器

3 實驗探究裝置的改進

3.1 實驗器材

木工板2塊、合頁、螺絲、螺絲刀、平面鏡、激光筆、激光束光器、打印有量角器的A4紙、美工刀。

3.2 儀器裝置

改進裝置如圖2所示。

(1)用合頁將2塊相同的長方形木工板連接起來，制作成可繞法線旋轉(zhuǎn)的光屏。

(2)將打印有量角器的白紙用美工刀從中間裁開，貼在木工板上。

(3)將一塊平面鏡放置在桌面上，木工板和合頁制作的旋轉(zhuǎn)光屏底部置于平面鏡上。

3.3 儀器操作

(1)把激光筆安裝在束光器前端，以一定角度射向量角器圓心處鏡面上(見圖3)，觀察并記錄入射角和反射角。

(2)讓入射光線從光屏NF上沿原來反射光線的徑跡反向射向鏡面，觀察木工板EN上反射光線的徑跡。

(3)逐漸改變?nèi)肷浣堑拇笮。貜筒襟E(1)的操作。

(4)將激光筆以一定角度沿木工板EN射向量角器圓心處鏡面上，將木工板NF向后轉(zhuǎn)動，觀察木工板NF上是否有反射光線(見圖4)。

圖3 入射光線

圖4 反射光線

4 實驗創(chuàng)新點及應用效果

(1)光源系統(tǒng)選擇紅色激光器加裝束光器的方式，使激光的光束分束成線狀光帶，光帶細長而明亮，同時使用常用的光的反射能力很好的玻璃鏡面充當反射面，入射光線和反射光線就更加清晰地在光屏上顯現(xiàn)出來，增強了實驗現(xiàn)象的可視性，使學生很容易通過實驗現(xiàn)象總結(jié)出光的反射定律。

(2)帶有量角器的光屏始終與平面鏡保持垂直，使得光路更加穩(wěn)定地呈現(xiàn)在光屏上。另外，打印有量角器的A4紙貼在木工板上比白紙板更加平整，也就更容易觀察到光的傳播路徑。

(3)由木工板和合頁制作的旋轉(zhuǎn)光屏底部置于平面鏡上，使用由木工板和合頁制作的旋轉(zhuǎn)光屏NF，使其與入射光屏EN不共面，觀察反射光屏上是否有反射光線，從反面探究驗證了三線共面的問題。

(4)反射角與入射角的角度數(shù)據(jù)可從打印有量角器的光屏上直接讀出，消除了描入射光線和反射光線操作復雜費時的缺陷，可以準確測出角度，減小實驗誤差，更有利于探究兩角大小關(guān)系和三線位置關(guān)系。

(5)取材方便，自制實驗器材的原材料簡單易得、價格低廉，如木工板邊角料和鏡面，制作好了以后還可以長久使用，易于推廣應用。

(6)經(jīng)過改進后的實驗裝置放置穩(wěn)定，可操作性強，實驗現(xiàn)象明顯，便于開展學生分組實驗和教師演示實驗。筆者曾在全市課堂教學技能大賽活動中運用該自制教具進行實驗教學，實驗的效果很好，也因此獲得了市級教學技能大賽一等獎。