自制光的全反射演示教具

閻朝杰 聶琴

提要：實驗在自然科學這門學科中占據十分重要的地位與作用，從古至今，很多的科學概念和規律是從實驗中得出來的，實驗對科學的發展進步有著推動性的意義。當代新課程標準要求提出教學應該發展學生的核心素養，新的課堂理念應該以學生自主探究式學習為主，而非繼續傳統灌輸式教學。然而，很多學校地區等由于教學設備以及教學資金的限制，導致課堂實驗無法開展，利用日常生活中的廢舊物品設計制作演示玩具，既可以解決學校經濟不足問題，又拉近了知識與生活的聯系。本文主要介紹利用生活中的廢舊物品為素材，利用簡單的工具制作出的自制光的全反射演示玩具，可以極大的提高學生對課堂與知識的主動性，。這種經濟型、實用型的玩具制作因而也得到中外廣泛教育者的提倡與支持。

光的全反射遍布生活。比如：自行車尾燈;滿天星裝飾品;水流導光;潛望鏡的原理;海市蜃樓這一奇妙的自然現象;在這個通信發達的時代，也是得益于光導纖維的發現，而光導纖維的原理即光的全反射定律等等，都是光的全反射定律的應用。對于光導纖維，學生可能會覺得離自己比較遠，但是，學生對電話就不會感覺到陌生了，而說到電話學生就一定很熟悉了，對于我們日常生活中普遍存在的電話通信，就是利用光導纖維傳播通信的，電話的發展對科學技術的推動是人人可見的，它拉進了人與人的距離以及全球的距離，而光纖通信的原理就是我們所學習的光的全反射。光的全反射是科學中的一個知識點，然而利用這個小小的知識點改變了整個世界，正是這體現知識對科技發展的作用，體現這門學科的意義所在。為了順應教育發展目標，教學要達到一定的要求，培養學生的科學素養，學生有必要了解光的全反射定律以及其作用意義，親自動手制作探究光的全反射定律，加強學生對知識的深刻理解。學習光的全反射可以使學生更加深入了解生活，了解中國及世界科技的發展現狀，了解學習的意義，同時培養學生親自動手做實驗體驗知識的能力。

當光從一種介質入射到另外一種介質的界面時，光路會發生偏折（光的折射定律），其中一部分光會被反射回原介質（光的反射定律），根據光路可逆，光由光密介質進入光疏介質時，全部被反射回原介質內的現象，折射光線消失，稱為光的全反射定律。自制光的全反射玩具工作原理：激光筆發出的入射光通過水傳播到空氣中，在兩介質的分界處一部分光被反射回水中，一部分光發生折射， 增大入射角，由于折射角大于入射角，當隨著入射角的增大折射角也會增大，入射角增大到一定角度折射光線消失，光線將被全部反射回水中，發生全反射現象， 此時的入射角又被稱為臨界角。

制作原料及工具：廢舊 PVC 板、PVC 管、鉆機、廢舊透明飯盒、螺絲釘、螺絲刀、鉆機、馬克筆、水、激光筆、鉛字筆、AB 膠、雙面膠、圓規、鋸齒、打磨機，剪刀、量角器。

材料準備：用鋸齒截取一塊長 20cm 寬 15cm 的 PVC 板，長 20cm 寬 2cm 的 PVC 板，取兩根長 20cm 的 PVC 管，直徑 20cm 的正方形 PVC 板，激光筆一支。

制作方法：用圓規在正方形 PVC 板畫半徑為 10cm 的圓，用鋸齒將多余的部分拒掉，再用打磨機將圓盤修整。在圓盤上用量角器和鉛筆畫 360°的刻度，用馬克筆表上刻度值。在 PVC 板上用鉆機鉆取兩個相隔 5cm 與 PVC 管大小一樣的孔，在兩根 PVC 管上 15cm 處各鉆螺絲釘大小的兩個孔，將 PVC 管插進 PVC 板的孔中，用螺絲釘將 PVC 管、長條 PVC 板和圓盤固定起來，做好儀器的支架;用 AB 膠把飯盒密封，直至不漏水，在飯盒邊用燒紅的螺釘燙一個孔，可以往飯盒里注水，注入一半的水，如圖所示，在注入水之后，滴入幾滴墨水（使激光光線更明顯） ;用雙面膠把激光筆粘連在 PVC 板上，可以移動激光筆，改變入射角度。???

實驗意義及作用：自主探究光的全反射知識，體驗光路傳播的特點。在實驗的實際操作過程中， 我發現了一個現象，在光從水入射到空氣的過程中，光路在水中傳播和在空氣中的傳播光路都不是特別明顯，因此，在水中加入了幾滴墨水，這樣會凸顯出光路， 因為紅色的激光筆發出的紅色的激光與無色透明的自來水的顏色對比不突出，而紅色的激光與加入黑色墨水的自來水顏色就有了鮮明的對比。對與紅色激光與無色透明的空氣，選擇了在上半部分的飯盒中加入煙霧，紅色激光在乳白色的煙霧中光路就明顯多了。演示儀用飯盒盛裝普通自來水作為介質探究光的全反射定律，改變了以往用玻璃磚來探究光的全反射定律的方法，實現了從固體介質到液體介質的轉換，此外，飯盒里還可以更換不同的液體，比如：酒精，可以利用光的全反射來測不同液體的折射率及臨界角。本實驗是在實際操作中發現問題并進一步完善，在這個過程中收獲到的是對科學探究的喜悅，對探索過程的享受。在實際課堂教學中設計本實驗，可以充實課堂的教育性意義以及趣味性.通常在演示光路原理，常見的實驗是利用玻璃磚作為介質，而本實驗的設計是利用生活中普通的自來水作為介質，用飯盒作為容器，拉近生活與課堂的距離，也讓學生有親身的體會，體驗知識是來源于生活，知識的學習也就為了使學生能從科學的角度去看世界，而非停留在表面的未知習慣。科學嚴謹的實驗探究，可以增強學生的動手能力，鍛煉學生的科學思維。

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