论文部分内容阅读
摘 要：在初中物理教学中，光的反射和折射教学主要围绕“光线”来进行，但对于光的反射和折射过程中的能量却很少涉及. 为此，通过对光的反射和折射过程中的能量分配进行讨论，使学生达成对光的反射和折射的全面认识，从而有助于使學生形成物理学科核心素养的能量观.
关键词：光的反射;光的折射;能量观;能量分配
文章编号：1008-4134（2019）22-0034 中图分类号：G633.7 文献标识码：B
1 问题的提出
光的反射和光的折射是初中物理的重要内容，通过对教材进行分析以及查阅相关文献发现，教材对这部分内容的处理主要是从光线的角度展开教学，通过实验记录反射角和入射角从而得出光的反射定律，通过观察折射角总结出光的折射规律[1].
不难发现，在传统光的反射和折射教学中，主要是从光线的角度研究问题，而对于光在反射和折射过程中的能量分配问题却鲜有提及.
能量概念是物理学的基本概念，能量转化与守恒定律是自然界的基本规律，它把物理学中看似相互独立的力学、热学、光学、电磁学和原子物理学紧密联系起来，并用能量的概念完备地解释物理现象，从而实现了学科最大的逻辑简单性[2].
2001年颁布的义务教育物理课程标准，使“能量”首次成为课程内容的三个主题之一. 在初中物理教材中，能量的概念也贯穿始终，可见能量在中学物理中的重要性.另一方面，能量概念又非常抽象，由于现行的初中物理教材都未给能量下一个确切的定义，也未对能量概念作详尽的解释，因此，这就导致学生在理解能量概念时普遍感到困难.
以能量教学、能量概念和能量观为检索词对中国知网进行检索发现，大部分研究者都认识到了在高中阶段对能量相关知识进行教学的重要性，并在教学中突出能量概念. 但倡导在初中阶段引导学生建立能量观的文献却很少，在能量及其相关概念教学上，也缺乏较为系统的教学方法和教学策略.
由于教材编写与教师教学均未能有效地树立正确的能量观，加上未有系统的教学方法和策略，从而导致初中学生难以从能量的角度认识自然现象也就不足为奇.
因此，在初中阶段加强能量及相关知识的教学就显得尤为重要.
在光的反射和折射教学中，由于初中生已经积累了与能量相关的前概念，所以从能量角度研究光的反射和折射，就成为学生头脑中由感性认识上升到理性认识的过程，不仅符合学生的认知发展规律，而且是可行且必要的. 通过这一教学环节，能够扩展学生的能量认知图式，有助于学生建构完善的能量知识体系，帮助学生形成对光的反射和折射的全面认识，从而促进学生物理学科核心素养发展.
2 光的反射和折射过程中的能量分配
为了让初中学生更好地建构能量知识，丰富对光的反射和折射的认识，下面讨论光从一种媒质入射进另一种媒质时反射光和折射光的能量分配情况.
光入射到媒质的界面上时，一部分光反射回原来的媒质，另一部分透入另一种媒质，同时也总有一些光被媒质所吸收. 但是对于透明体来说，例如纯净的空气、清水和光洁的玻璃等，吸收的光能极少，通常可以略去不计. 根据能量守恒定律，入射光的能量应等于反射光的能量与折射光的能量之和. 反射光和折射光的能量分配是根据两媒质的光学特性（折射率n）和入射角的大小i所决定的.
下面分别讨论当光从空气入射到水中（n=1.33）反射光和折射光的能量分配情况以及光从玻璃（n=1.33）入射到空气反射光和折射光的能量分配情况.
2.1 光线从空气入射到水中
光线以不同入射角从空气入射到水中反射光和折射光的能量分配情况，见表1.
反射光和折射光能量分配图，如图1所示.
从表1和图1中可以看出，当光从空气以不同入射角分别入射到水中时，随着入射角逐步变大，反射光的能量也随之增大. 入射角在0°— 60°之间时，反射光能量增大幅度小，不超过6%. 从60°开始，增长幅度变大，当入射角达到80°时，反射光能量可达34%以上，入射角达到90°时，反射光能量达到了100%.
随着入射角增大，折射光的能量随之减小. 当入射角小于60°时，折射光能量缓慢减小，当入射角大于60°，折射光能量急剧下降，入射角从80°上升到89°时，折射光能量从65.5%大幅下降到10%，入射角达到90°时，折射光能量减少为0.
当反射光能量和折射光能量的趋势线相交时，反射光能量与折射光能量相等，此时对应的入射角为i=i1 ，当i
关键词：光的反射;光的折射;能量观;能量分配
文章编号：1008-4134（2019）22-0034 中图分类号：G633.7 文献标识码：B
1 问题的提出
光的反射和光的折射是初中物理的重要内容，通过对教材进行分析以及查阅相关文献发现，教材对这部分内容的处理主要是从光线的角度展开教学，通过实验记录反射角和入射角从而得出光的反射定律，通过观察折射角总结出光的折射规律[1].
不难发现，在传统光的反射和折射教学中，主要是从光线的角度研究问题，而对于光在反射和折射过程中的能量分配问题却鲜有提及.
能量概念是物理学的基本概念，能量转化与守恒定律是自然界的基本规律，它把物理学中看似相互独立的力学、热学、光学、电磁学和原子物理学紧密联系起来，并用能量的概念完备地解释物理现象，从而实现了学科最大的逻辑简单性[2].
2001年颁布的义务教育物理课程标准，使“能量”首次成为课程内容的三个主题之一. 在初中物理教材中，能量的概念也贯穿始终，可见能量在中学物理中的重要性.另一方面，能量概念又非常抽象，由于现行的初中物理教材都未给能量下一个确切的定义，也未对能量概念作详尽的解释，因此，这就导致学生在理解能量概念时普遍感到困难.
以能量教学、能量概念和能量观为检索词对中国知网进行检索发现，大部分研究者都认识到了在高中阶段对能量相关知识进行教学的重要性，并在教学中突出能量概念. 但倡导在初中阶段引导学生建立能量观的文献却很少，在能量及其相关概念教学上，也缺乏较为系统的教学方法和教学策略.
由于教材编写与教师教学均未能有效地树立正确的能量观，加上未有系统的教学方法和策略，从而导致初中学生难以从能量的角度认识自然现象也就不足为奇.
因此，在初中阶段加强能量及相关知识的教学就显得尤为重要.
在光的反射和折射教学中，由于初中生已经积累了与能量相关的前概念，所以从能量角度研究光的反射和折射，就成为学生头脑中由感性认识上升到理性认识的过程，不仅符合学生的认知发展规律，而且是可行且必要的. 通过这一教学环节，能够扩展学生的能量认知图式，有助于学生建构完善的能量知识体系，帮助学生形成对光的反射和折射的全面认识，从而促进学生物理学科核心素养发展.
2 光的反射和折射过程中的能量分配
为了让初中学生更好地建构能量知识，丰富对光的反射和折射的认识，下面讨论光从一种媒质入射进另一种媒质时反射光和折射光的能量分配情况.
光入射到媒质的界面上时，一部分光反射回原来的媒质，另一部分透入另一种媒质，同时也总有一些光被媒质所吸收. 但是对于透明体来说，例如纯净的空气、清水和光洁的玻璃等，吸收的光能极少，通常可以略去不计. 根据能量守恒定律，入射光的能量应等于反射光的能量与折射光的能量之和. 反射光和折射光的能量分配是根据两媒质的光学特性（折射率n）和入射角的大小i所决定的.
下面分别讨论当光从空气入射到水中（n=1.33）反射光和折射光的能量分配情况以及光从玻璃（n=1.33）入射到空气反射光和折射光的能量分配情况.
2.1 光线从空气入射到水中
光线以不同入射角从空气入射到水中反射光和折射光的能量分配情况，见表1.
反射光和折射光能量分配图，如图1所示.
从表1和图1中可以看出，当光从空气以不同入射角分别入射到水中时，随着入射角逐步变大，反射光的能量也随之增大. 入射角在0°— 60°之间时，反射光能量增大幅度小，不超过6%. 从60°开始，增长幅度变大，当入射角达到80°时，反射光能量可达34%以上，入射角达到90°时，反射光能量达到了100%.
随着入射角增大，折射光的能量随之减小. 当入射角小于60°时，折射光能量缓慢减小，当入射角大于60°，折射光能量急剧下降，入射角从80°上升到89°时，折射光能量从65.5%大幅下降到10%，入射角达到90°时，折射光能量减少为0.
当反射光能量和折射光能量的趋势线相交时，反射光能量与折射光能量相等，此时对应的入射角为i=i1 ，当i