光的全反射探究式教具及光控音響的制作

王 漫，代 偉，杜 倩，蔣金華

(西華師范大學 物理與空間科學學院， 四川 南充 637002)

物理是一門基于實驗的自然科學，因此立足實驗是開展物理教學的重要手段，現有的教具存在一些不足，不能很好滿足教師的創新教學需要，有的儀器過于昂貴且操作復雜，有的實驗現象不夠明顯直觀，如購買的光的全反射演示儀中，透鏡太小不便觀察. 因此，作為物理教師必需具備較強的實驗設計制作能力，開展教具自制. 教師應用自制的教具去解決教學過程中的重點、難點，能夠很好地激發學生的學習興趣，同時也能通過自制教具創設物理情境幫助學生建立物理模型，另外還可培養學生的創新思維與創新能力.

1 自制光的全反射探究式教具

1)所需材料：木板、薄鐵皮、有機玻璃、圓環刻度盤、亞克力、磁鐵、T型不銹鋼架、激光筆等.

2)制作方法：按照圖1所示的結構將木板和薄鐵皮切割為尺寸相同的長方形，將鐵皮訂在木板上，再在鐵皮上粘1張白的即時貼作為光的全反射探究式教具的立板. 將2個T型不銹鋼架固定在立板的兩側作為教具支架. 切割半徑比禮盒尺寸(φ=25 cm)略大的有機玻璃圓板，用有機玻璃膠將禮盒粘貼在有機玻璃圓板上，制成不漏水的圓形盒子，然后用螺絲將圓形盒子固定在立板上. 依據圓盒的尺寸將薄木板切割成圖2所示的圓環手柄套在圓盒上，使其可繞圓盒轉動. 手柄的底面貼長方形小磁片，上方安裝一激光筆支架，并將放置激光筆的圓形塑料管同時固定在激光筆支架上. 這樣轉動手柄就可使激光筆繞圓盒的中心旋轉，利用手柄下方的小磁片和立板上的鐵片可將激光筆放置在任意角度上. 為了得到光的全反射所需要的半圓形透鏡，將圓形透明有機玻璃盒的上方鉆1個小孔，注入半盒顏色較淺的墨水，即可得到半圓形透鏡. 為了看清半圓形透鏡上方的光路，可從孔中加入煙霧后將孔堵住. 為了能準確讀取入射角和折射角的角度，在圓盒上貼了角度標尺.

圖1 光的全反射演示儀

圖2 圓環手柄

3)使用方法：打開激光筆，讓光線沿半徑方向垂直于水的平直面入射，此時入射角為0°，增大入射角，一部分光反射回水中，另一部分光折射進入空氣. 繼續增大入射角，折射角接近90°，再繼續增大入射角，折射光線消失，只剩下強度較強的反射光線，實驗效果如圖3所示.

(a)

(b)

(c)

4)優點：該自制教具材料普通、制作容易、操作簡單、尺寸較大、實驗效果好,在課堂教學中，應用此教具進行演示實驗、探究實驗與學生分組實驗，結合教師講授，有利于學生更好地理解光的全反射現象以及全反射產生的條件.

2 自制全反射水槽

1)所需材料：方形有機玻璃管、有機玻璃板、水、激光筆.

2)制作方法：選取折射率與水相近的有機玻璃方管，按照有機玻璃方管的尺寸切割2塊長方形的有機玻璃片，用有機玻璃膠將有機玻璃片與有機玻璃方管粘合在一起，做成封閉水槽，在水槽頂部打孔，便于水槽裝水與換水，制作完成的全反射水槽如圖4所示. 該教具原理與文獻[1]光沿著彎曲的有機玻璃棒傳播的原理類似.

(a)

(b)圖4 光的全反射水槽

3)使用方法：打開激光筆，讓光線垂直于水槽面入射，入射角為0°，光在同種介質中將沿直線傳播. 逐漸傾斜激光筆，增大入射角，原本從水槽射向空氣的光線在水槽與空氣的界面處發生全反射，一系列的全反射使水槽中原本呈直線的光線變為折線.

4)優點:全反射水槽實驗成本低，制作簡單，現象明顯. 不僅可以實現導光，而且可以清晰地展示水槽內部的全反射光線，加深學生對于全反射現象以及全反射產生的條件的理解. 在課堂教學中，可以將此教具引入新課，激發學生對所學內容的興趣. 新課學習之后，引導學生運用所學知識解釋其中的原理并讓學生課后親手制作，加深學生對本節知識的理解與應用并鍛煉其動手能力，培養學生應用所學知識解決問題的能力，從而達到提高教學質量的目的.

3 自制光控音響

1)所需材料：音響、光控開關、手機、電池盒、光導纖維、激光筆.

2)制作方法：將電源、音響、光控開關按光控音響原理圖5所示連接，音響的播放文件線與手機接通，手機可提供播放的音樂，將光導纖維一端與光控開關相連，另一端連接激光筆，自制完成的光控音響如圖6所示. 通過激光筆開關控制光控開關的斷開與閉合，從而控制音響發聲情況.

圖5 光控音響原理圖

3)優點：實驗成本低，制作簡單，現象明顯. 在課堂教學中將教具引入新課，可以激發學生的好奇心、求知欲以及學習熱情，活躍課堂氣氛與學生思維. 學習光導纖維后揭曉其中的奧妙，可以體現課堂的完整性，幫助學生理解并掌握光導纖維及其應用.

圖6 光控音響實物圖

4 結束語

自制教具對中學物理教學起著積極的促進作用，物理教師應從生活出發，多思考，多交流，積極研究和開發自制教具，在提高自己設計制作自制教具能力的同時也有利于培養學生的實踐能力與創新精神，提高學生的物理核心素養.