巧做《光现象》中的实验

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  《光现象》一章无疑是美丽的,其间有自然界的色彩之美,有平面镜成像的典雅之美,在研究“平面镜成像”时使用的“等效替代法”更是令人叫绝……虽然有这么多精彩的素材,教师仍需做好几个关键性的实验。在新一轮教学中,笔者在实验方面做了许多尝试,既有实验器材的改进,也有教学方案的优化。具体阐述如下,愿与各位同行研讨。
  1光的色散实验
  怎样做好光的色散实验?可以利用投影仪灯泡的强光代替阳光。另外需要准备一个比较大的三棱镜,其棱长约为5 cm。先用PPT在屏幕稍高位置打出一个白色的矩形窄条(别处设为黑色),再把三棱镜对准入射光,便可以在屏幕上看到绚丽的光带了。用这种大三棱镜的效果比通[TP5CW60。TIF,Y#]常小三棱镜要好得多。笔者还用它做了太阳光的色散实验,拍摄了照片以便做《人眼看不见的光》一节的引入,图1是其中的一幅照片。
  2色光的混合实验
  除了用“色光混合仪”做这个实验外,还有一种巧妙的方法——利用电脑显示屏来混合。可以这样制作PPT:让一个红色的圆和一个绿色的圆逐渐接近,直至部分重叠,我们就可以在重叠区域看到黄色。演示红光与蓝光、绿光与蓝光混合的方法与此类似。使用这种方法有一个诀窍——要把两个圆的“填充色”设置成“50%半透明”。
  3小孔成像实验
  [TP5CW61。TIF,Y#]
  笔者自制了一个“小孔成像教具”(如图2)。毛玻璃和开有小孔的黑色塑料板可以沿着槽口滑动。灯泡是25 W白炽灯,用纸盒罩住,前方开孔让光射出。学生直接看灯丝时,发现它呈“C字形”,而在屏上看灯丝的像时(透过毛玻璃看),发现形状恰好相反!——这让学生感到既惊奇又兴奋。当改变物、孔和屏三者间的距离时,可以发现像的大小也随之改变。教师紧接着利用作图法解释这些现象,轻松攻克了“小孔成像动态变化”这一难点。
  4探究光的反射规律实验
  为了证明反射光线和入射光线、法线在同一平面内,教材设计利用一个可折转的纸板来做实验,本校也有自制的木质教具。但是它们比较笨重,显示光路的效果也不太好。笔者找到了一个很好的替代物——装CD的塑料小盒,贴上白纸即可显示光路。这种塑料小盒板面平整,旋转轻松,演示效果非常好。
  5探究平面镜成像规律的实验
  这个实验很有“物理味儿”,但是其中隐含着不少教学难点。比如怎样确定像的位置?为什么要用玻璃板代替平面镜?怎样比较像与物的大小?笔者经过反复思考后认为,要用好“水中烛焰”这个素材,并把它的作用发挥到极致。
  利用视频“水中燃烧的蜡烛”引入。学生对这个魔术感到惊异不已,待到镜头后退,才知道先前是透过玻璃看到的现象。趁学生意犹未尽,笔者随即把这个魔术搬到了讲台上。当学生看见烛焰“真的”在水中“燃烧”时,依然十分好奇——虽然他们已经知晓其中的奥秘。
  结束了“引入”,师生回到“平面镜”这一主题,教师引导学生猜想平面镜成像的规律。在不经意间,教师问学生这样一个问题——你认为平面镜成的像是在镜面上、镜前还是镜后?学生哪里想过这个问题?既然是从镜面上看见像的,那么成像当然就在镜面上,大多数人脱口而出。
  教师于是带领学生回顾刚才的“水中烛焰”实验。为了产生逼真的效果,我们是在哪里放置水杯的?——就在看到的烛焰的像的位置。 那么烛焰的“像的位置”在哪里呢?——就是在放水杯的地方。可见,“像”的真正的位置不在镜面上,而是在镜后。
  如果是用普通镜子,能玩这个魔术吗?不能,普通镜子不透光,根本看不到镜后的水杯。借助于玻璃板,我们就可以用水杯的位置来确定像的位置。确定了像的位置之后,我们可以进一步研究“物、像到镜面距离是否相等”这个问题。所以,用玻璃板代替平面镜的目的是什么?——便于确定像的位置。
  怎样研究像与物的大小关系?回想平时我们怎样比较两件衣服的大小?把它们叠在一起就能看出来了。那么我们也把像与物重叠起来试试。把物拿到镜后去吗?物走了,像也没了。既然物必须留在原处,那么就需要拿另一个替代物去尝试与像重合,于是要找一个与蜡烛 A等大的蜡烛B,去与A的像A′尝试重合……
  平面镜成的是虚像。此处教学最好采用对比法——把“平面镜成像”与“小孔成像”作对比。先用实验证明平面镜成的是虚像(光屏上没有烛焰的像),再把玻璃板换成小孔,光屏上随即出现了烛焰的像(证明它是实像)。采用对比法,课上多花一分钟,教学效果大不同。
  6研究树荫下的光斑的实验
  教材(苏科版)在本章安排了一个综合实践活动:“研究树荫下的光斑”。本活动的目的是了解生活中的小孔成像现象,并了解“孔的大小”以及“孔与屏的距离”都会影响光斑的形状。为了提高学生实践活动的质量,笔者设计了一份实验报告,布置学生利用双休日完成实验。报告中规定了在卡片上开孔的尺寸以及实验时卡片与屏的距离,要求学生把每次看见的光斑情况画下来(正确反映其形状和大小),并分析结果,完成“总结”。笔者在此后安排了课堂交流,还在课上播放了学生上传的视频和照片。这次探究活动取得了圆满成功,因为设计完善,操作简单,加上实验现象明显,学生普遍感到有趣。
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