可視化光路實驗盒

晁彩文

摘 要：可視化光路實驗盒主要解決小學科學，初高中物理實驗中光路不可見的難題，采用新型無色透明亞克力板材制成的一個規格為30*15*18cm的帶蓋方形盒，在其底部設置安裝平面鏡的卡槽，演示教學時可向盒內充入少量煙霧能完成光的直線傳播、光的反射、光的折射、透鏡對光的作用、模擬潛望鏡等關于光路的實驗。

關鍵詞：可視化 光路 實驗盒

中圖分類號：G62 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-01

一、研發背景

現有的光路實驗盒分為教學演示類實驗盒和學生實驗類實驗盒，教學演示類實驗盒結構復雜，體積較大，不方便攜帶與搬運；學生實驗類的實驗盒功能多，體積小，但大多是針對高中以上的學生使用的，對于剛接觸實驗的中小學生來說過于復雜，不適于中小學生的觀察與操作。且現有的光學實驗儀器對實驗環境要求較高（如暗室環境、強光照射等），由于條件限制，目前中小學中配備暗室的學校很少，很多學生在學習光路知識時，在實驗中無法看到光路，增加了學生對知識的理解難度。教師在上光學課程時也困難較大，很多老師在設計實驗時，為了讓光路可見想盡辦法，費盡心思，但在實驗時效果卻不明顯。因此，設計一種結構簡單，對實驗環境要求不高，而且光路清晰可見的光學儀器是中小學實驗教師急需解決的問題。

二、結構及優點

為解決可視化實驗盒技術上的問題，筆者在設計過程中應用了如下的技術方案：采用新型的透明亞克力板制成一個長寬高分別為30*15*18cm的透明空心帶蓋盒體，盒體底面內設有三個用于卡接平面鏡的卡槽，盒體側面上還設有三個用于安放激光燈的通光孔。（附圖1）

采用以上結構后，可視化實驗盒具有如下優點：結構簡單，體積較小，通過在卡槽中放置平面鏡、在通光孔放置激光燈能夠完成光的直線傳播、光的反射、光的折射、透鏡對光的作用、物體的顏色與吸熱、模擬潛望鏡等關于光路的實驗，適合中小學生進行分組實驗的操作。且實驗盒利用無色透明亞克力板材組成，即解決了玻璃容器易碎的難題，又輕巧且透光率好，光路清晰可見，儀器便于操作，安全性也提高很多。

三、工作原理

利用蚊香產生的煙霧作媒介，當燈光照射到煙霧時煙霧對光進行漫反射，這樣就會從各個方位清晰的看到光經過的路徑。

四、教學實施過程

1.光的直線傳播：將點燃的蚊香放入

盒體內，蓋上盒蓋，使盒體內充滿煙霧，

用激光燈從盒體的任何一側面照入，都可

以觀察光的傳播路徑（附圖2）。

2.光的反射：在卡槽1上卡接平面鏡，

將點燃的蚊香放入盒內，蓋上盒蓋，使盒

內充滿煙霧，用激光燈從盒體側面的通光

孔以45度角入射，并使光照射到平面鏡上，

從盒體正上方觀察，就可以看到光的反射

現象。若要研究初中物理中的光的反射定律

可事先在卡槽1的前方緊貼卡槽平放一量角器，操作過程中將入射點恰好放在量角器的圓心處并將90度角所對的線看作是法線，再從正上方觀察就可得出光的反射定律（附圖3）。

3.光的折射：先在盒體內部倒入

1/2的水，為光路可見可在水中加入

少許的牛奶，將點燃的蚊香從通光孔

處伸入，使盒體中剩下部分充滿煙霧，

再用激光燈斜著從上到下照射，就可

看到光的折射現象。若要研究初中物

理中的光的折射定律，只要事先在盒

體的外壁上豎直向下畫一條線，且入射點恰好放在豎直線和水面的交點處即可得出光的折射定律（附圖4）。

4.透鏡對光的作用：先在盒體內

放入凸透鏡或凹透鏡，并調節透鏡使

透鏡的中心點和第二個透光孔的中心

在同一條直線上，點燃蚊香放入盒體

內，蓋上盒蓋，使盒內充滿煙霧，再

將三個激光燈打開后卡在三個透光孔

上，從正前方觀察就可看到透鏡對光

的作用了。實際在這一步中也可放入凸面鏡和凹面鏡，同樣的方法可觀察到凸面鏡和凹面鏡對光的發散作用和會聚作用（附圖5）。

5.物體的顏色與吸熱實驗：在盒體內側壁上放一張白紙，將點燃的蚊香放入盒體內，蓋上盒蓋，使盒體內充滿煙霧，并用激光燈向白紙照射時可微弱看到被反射的光線（有時是一個很大的光斑），將白紙換成黑紙，看不到反射光線（看到的光斑很小且干凈利落），說明白色反射所有光線而黑色吸收所有光線。

6.模擬潛望鏡實驗：在卡槽1、

卡槽2、卡槽3內分別放置平面鏡，

點燃蚊香使盒體內充滿煙霧，讓一束

光以45度角照射卡槽1或卡槽3中平

面鏡，從盒體正上方觀察就可看到光

線通過另外兩個平面鏡反射的路徑，可

模擬潛望鏡的工作原理（附圖6）。

五、改進點

在實驗的實施過程中發現在做光的反射實驗時，為了得到光的反射定律，入射光貼著量角器入射效果會更好，但由于有一厘米深的卡槽是用亞克力板制成，且剛好擋在平面鏡的前方，使反光率降低，一定程度上會影響實驗效果，所以筆者想在卡槽1的中間處開一小孔，使入射光能照到平面鏡。

可視化光路實驗盒巧妙的在大空間中隔離出一個完全通透的小空間，從而使大空間中無法實現的光路實驗在小空間中得以呈現，既解決了光路不可見的難題，也降低了教與學的難度。