基于“生活化”的實驗設計

李軍

摘要：在應用三棱鏡進行白光的分解與色光的合成實驗設計中，取材于學生生活中熟悉的器材，設計“生活化”實驗探究方案，指導學生經歷科學探究的過程，培養學生科學思維方法，提高初中學生的科學探究能力。

關鍵詞：光的色散;白光的分解與合成;led光源;窄縫

“光的色散”是蘇科版八年級（上冊）第三章光現象“光的色彩 顏色”一節的教學內容，教材在提出探究太陽光的色彩課題時，設置了學生探究活動“分解太陽光”實驗。筆者選擇學生生活常見的材料制作了一些簡易配套器材，精心研究實驗環節，實驗操作簡便，趣味性強，易于學生探究活動，有利于培養學生的科學思維和科學探究能力。

實驗器材設計與制作

平行光源的設計 光源可用家庭常用的led燈小手電筒，或者使用手機led燈，這些都是學生容易準備的，led燈光色基本是白色的，但是光束發散且亮度不夠，需要選用一個焦距較短的凸透鏡聚光，使led燈光源處于凸透鏡焦點位置附近，在光屏上會形成一亮度較高的圓斑。圓斑的大小接近透鏡，可將光束視為平行光。

擋光板的制作 為了準確觀察光束射入和射出三棱鏡的位置，需要用白色硬紙板制作兩個擋光板，擋光板的長度為10cm，寬度為5cm，其中一個擋光板上用刀片刻出寬為3mm，長為15mm的窄縫，然后在紙板的背后用膠帶紙固定到中性筆的筆芯桿一端上，將筆芯桿的另一端插入支座上。當平行光束射到窄縫時，在光屏上會形成清晰狹窄的白光帶。

另一個擋光板也可以在背后用膠帶紙固定到中性筆的筆芯桿的一端，以備用于觀察光束射入和射出棱鏡的路徑和光斑大小的變化。

光屏 光屏可用一窄長的白紙板制作，并用膠帶紙固定在支座上，也可以以白墻為光屏。

三棱鏡的選取 選取帶支座的J2511型三棱鏡兩個，使三棱鏡豎直放置安裝在支座上，并可以繞軸轉動。

實驗方法研究

白光的分解 如圖1，將光源、凸透鏡、帶窄縫的擋光板、光屏依次放置在水平桌面上，保持它們的中心在同一高度、同一直線上，使光源發光，調整光源、透鏡與窄縫的距離，直到光屏上出現清晰的窄條型白光帶。

將三棱鏡移到窄縫與光屏之間，適當調整三棱鏡的高度和角度，使光束帶剛好從一個側面射入，繞軸緩慢旋轉三棱鏡，直到光屏上得到彩色的光帶。

用備用的擋光板分別放在三棱鏡的不同側面觀察光束的入射位置和出射位置，可以判斷光束在兩個側面分別向底面發生了兩次偏折，說明彩色光帶的出現與光路發生偏折有關。再從出射位置向光屏逐漸移動擋光板，會發現擋光板距離三棱鏡越近，光譜帶亮度越高，但光譜范圍狹窄，各種色光糾集在一起，不夠清晰，接近白光;當擋光板與三棱鏡較遠，光譜的亮度變弱，但范圍變寬，各種色光分解的更清楚。上述現象表明：各種色光經過三棱鏡時會發生不同程度的偏折，是造成白光可以被三棱鏡分解的原因。

白光的合成 如果白光是由七種色光組成的，那么就一定能用它們再合成白色光。如圖2，在白光分解實驗的基礎上，將第二個三棱鏡移動到第一個三棱鏡與光屏之間，調整它的高度使光帶剛好能落到它的一個側面，緩慢旋轉三棱鏡，當它的側面與第一個三棱鏡側面接近反向平行時，會看到在光屏上的彩色光帶消失，而在其他位置會出現一束較窄的白光帶。用備用擋光板檢查光帶在第二個三棱鏡側面的位置，可以發現光束在棱鏡中再次發生兩次偏折，又聚成白光。

實驗小結 通過實驗學生就可以得出以下結論：①利用三棱鏡可以將白光分解，也可以合成白光，表明白光（太陽光）是由七種色光混合而成的。②三棱鏡能將白光分解與合成的原因是各種色光在經過三棱鏡時的偏折程度不同。

實驗設計的意義

本實驗在參考牛頓的色散實驗基礎上，聯系學生生活經驗，研究了應用led燈作為光源的實驗方法，由于這些器材生活中常見，因而方便與學生在課外活動或家庭中進行實驗。由于實驗中涉及到凸透鏡應用，本實驗也可以安排到總結復習時做，可以提高學生對光學知識的綜合應用能力。實驗器材擋光板的制作有利于學生觀察光經過三棱鏡分解和合成的過程，實驗方法也便于學生能通過小組合作的形式循序漸進地進行科學探究，體驗從發現問題到解決問題的過程中，找到問題與規律的聯系，感悟經歷觀察、實驗和科學思維從而建立科學概念的過程。

教師也可引導學生學會應用手機的一些功能開展學習活動，如手機的照相、攝影的一些特殊功能以及光源都可以豐富物理實驗研究的手段，這些生活化實驗器材的應用有利于培養學生學習物理的興趣和積極性。

（作者單位：陜西省西安市第三十中學）