“光的折射”實(shí)驗(yàn)方案修改

【摘 要】總的來說，光的折射現(xiàn)象可分為兩類：一是光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，在界面處傳播方向會發(fā)生變化，如池水看起來變淺等；二是光在同一種不均勻的介質(zhì)中傳播方向發(fā)生彎曲，如海市蜃樓現(xiàn)象，而針對人教版義務(wù)教育教科書八年級上冊《物理》中“光的折射”這一節(jié)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較少且現(xiàn)象不明顯的問題，筆者通過網(wǎng)絡(luò)搜索及自身嘗試總歸出一種較容易且現(xiàn)象明顯的方案。

【關(guān)鍵詞】光的折射；漫反射；實(shí)用性；可觀性

光的折射定律：光從空氣斜射入水中或其他介質(zhì)中時(shí)，折射光線會向法線方向偏折，折射角小于入射角。當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大。當(dāng)光從空氣垂直射入水中或其他介質(zhì)中時(shí)，傳播方向不變。這里要補(bǔ)充一點(diǎn)，當(dāng)光從水或其他介質(zhì)斜射入水中時(shí)，折射光線是遠(yuǎn)離法線方向偏折的，此時(shí)入射角小于折射角。人教版八年級《物理》上冊第四章第四節(jié)《光的折射》一節(jié)中的實(shí)驗(yàn)部分“探究光折射時(shí)的特點(diǎn)”，原文如下：

探究光折射時(shí)的特點(diǎn)：

讓一束光從空氣以不同的角度射入水中，觀察光束在空氣中和水中的徑跡。光束進(jìn)入水中傳播方向是否發(fā)生了偏折？向哪個(gè)方向偏折？

[技巧]：為了便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在杯子中滴入幾滴墨水或者牛奶，或是收集一些煙霧，在玻璃箱的后面放上一塊白色的紙板，目的是利用漫反射現(xiàn)象，便于看清楚折射現(xiàn)象的入射光線和折射光線。[1]

1.本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不合理處

人在從側(cè)面看時(shí)，看不到現(xiàn)象，原因是光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，而此時(shí)的光不會進(jìn)入人的眼睛，所以坐在側(cè)面的學(xué)生會看不到現(xiàn)象。

顯然，教材中通過兩個(gè)技巧來解決現(xiàn)象不明顯的問題，一是在水中加入一些物質(zhì)，利用丁達(dá)爾散射現(xiàn)象，二是利用白紙板的漫反射現(xiàn)象，可以說設(shè)計(jì)非常合理，但實(shí)際中卻不能實(shí)現(xiàn)此現(xiàn)象，其原因大致可以分為以下幾方面：

第一，作為一個(gè)演示性試驗(yàn)，其可觀察性不強(qiáng)，故，沒有了演示實(shí)驗(yàn)的意義所在。而教參中又建議學(xué)生自制器材去觀察現(xiàn)象，我覺得不太合理，雖然自制教才能夠提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力及觀察，但是八年級的學(xué)生剛剛接觸物理又沒有學(xué)過化學(xué)知識，很難去想明白為什么要放鋼筆水或牛奶，而且對于白紙板也不應(yīng)定能貯備完全，很多專門教物理的教師都不一定能看到明顯的現(xiàn)象，何況這些剛剛接觸物理的學(xué)生們？

第二，該實(shí)驗(yàn)的不確定性，即在器材準(zhǔn)備完善的前提下不能保證每次都能看到現(xiàn)象或是較為明顯的現(xiàn)象，鋼筆水或者牛奶倒是還可以找到，煙霧的收集就比較困難了，又不能保證牛奶或鋼筆水的純度，而煙霧是懸浮于空氣的固體小顆粒，容易飄散，即使被裝入密閉的瓶子中，在使用時(shí)也不好向外取。當(dāng)然，對于愛吸煙的又從事教師這個(gè)行業(yè)的人士可能制取煙霧比較方便，可是隨時(shí)制造的煙霧不能永久在水面上方漂浮，稍縱即逝，還沒來得及觀察現(xiàn)象就飄散了，而且作為教師，在學(xué)生面前吸煙會有損自身的形象。如果不用煙霧，就要使用另外兩種物質(zhì)，以牛奶為例的話，我們可能很難把握滴入牛奶的量，多了，既是浪費(fèi)又會使牛奶擋住光線，少了，就會現(xiàn)象不明顯。

第三，本實(shí)驗(yàn)所需要準(zhǔn)備的器材過多，這樣就會大大影響學(xué)習(xí)的效率而且顯得不整潔，時(shí)間耗費(fèi)也較多，不科學(xué)。演示實(shí)驗(yàn)的理念應(yīng)該是器材少而演示過程簡介明顯即可，所以本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)也不符合演示實(shí)驗(yàn)的最基本要求。

基于以上幾個(gè)方面的原因，筆者通過思考發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)關(guān)鍵所在，為了便于觀察實(shí)驗(yàn)，對于水槽的透明度的要求較高，一是對水槽側(cè)壁要求要有良好的透光度，二是對于水槽的透明度的要求要低，由此而進(jìn)入兩難的境地，為了解決這個(gè)問題，我設(shè)計(jì)了如下的一種改進(jìn)方案：

2.設(shè)計(jì)方案的引入及改進(jìn)

2.1引入

首先要借助教室內(nèi)設(shè)有的多媒體課件，展示幾組自然界中的建筑或樹木在水中倒影的圖片，啟發(fā)學(xué)生思考：“為什么倒影和實(shí)際物體相比會有顏色上的深淺之差？”由此帶著同學(xué)鞏固復(fù)習(xí)反射的知識，讓學(xué)生知道反射時(shí)只有一部分光線進(jìn)入了我們的眼睛，接著提出問題：“另一部分光去了哪里？”由此引入光的折射，并找?guī)孜煌瑢W(xué)畫出其認(rèn)為的折射光線應(yīng)該怎樣射出。目的是激發(fā)學(xué)生的興趣，為實(shí)驗(yàn)探究做鋪墊。

2.2對教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案

實(shí)驗(yàn)器材：一支激光筆，一只一次性紙杯，水，鐵架臺。

準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)：將激光筆固定在鐵架臺上，并用鐵架臺上自帶的鐵夾子夾住激光筆的開關(guān)，目的是是激光筆能夠連續(xù)發(fā)出光線，調(diào)整激光筆的角度和高度，讓其發(fā)出的光線能夠恰好通過一次性紙杯的杯口位置并照在另一側(cè)的杯壁上，由于激光筆的穿透力較強(qiáng)，所以會在杯壁上看見一個(gè)紅色的亮斑，這個(gè)亮斑在漫反射下非常明顯，讓此紅色光斑正對著同學(xué)們，目的是提高實(shí)驗(yàn)的觀察性，用筆在紙杯的外壁上原光斑處做一個(gè)標(biāo)記，將水逐漸加入水杯中，每隔一會記下光斑的位置，最終將光斑的起點(diǎn)與終點(diǎn)進(jìn)行連線。每加一次水，光斑會向下移動(dòng)，由此得出結(jié)論光從空氣斜射入水中時(shí)，傳播方向發(fā)生了向下偏折的現(xiàn)象。

【參考文獻(xiàn)】

[1]人民教育出版社.義務(wù)教育教科書 物理 八年級上冊.

[2]人民教育出版社.義務(wù)教育教科書 物理 八年級上冊 教師教學(xué)用書.

[3]王紅祥.2011年第10期《關(guān)于“光的折射”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案》（編號：2011-04-188）.

[4]鄧華梅.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn).2000年第X2期（編號：512156）.