“光和影”實驗裝置

王子龍

一、研制背景

“光和影”這一課的教材內容分為光源和影子兩個部分，教材中采用手電筒、木塊、墻面或地面等材料開展實驗。雖然教材中所采用的實驗材料容易找到，但老師演示和學生分組實驗操作比較麻煩，光源不能固定，拿手電筒照射遮擋物的同時還要移動光源的方向和位置，定位難準，操作費時又費力。而且，在實驗過程中，光源和影子難免抖動，不利于學生清晰地觀察、測量遮擋物的影長，影響實驗效果。

為了精準控制變量，幫助學生掌握“光和影”之間的變化規律，我設計制作了“光和影”實驗裝置，能輕松地完成這一課三組不同的實驗，并取得良好的教學效果。

二、工具和材料

美工刀、圓規、手電鉆、鉗子、量角器、直尺、彩筆、鋼鋸、薄木板、圓形架、螺絲及螺帽、夾子、手電筒、長方體木塊、平面鏡等。

三、制作過程

根據圓形架的大小在薄木板上畫圓，并用鋼鋸鋸掉圓外多余的部分;再用量角器將圓盤分成12等份，然后在薄板的圓心及圓周上鉆孔，與圓盤用螺絲固定;接著用連接構件將圓盤與方座支架立桿組裝起來;最后用薄板做一個立體的“L”屏，畫好實驗時光源射出、遮擋物放置的位置，“光和影”實驗裝置便大功告成了。

四、裝置組成

我設計制作的“光和影”實驗裝置由轉盤、光源（手電筒）、7號電池、夾子、連接構件、方座支架、有腳的遮擋物（長方體木塊）、兩個屏等組成。方座支架上的立柱固定轉盤且能上下移動，轉盤設有等分刻度，轉盤邊上的夾子用來夾住光源（手電筒）并控制光源射出的方向，遮擋物和屏能方便地左右移動，滿足“光”這一單元不同的實驗要求。

五、實驗器材

“光和影”實驗裝置如圖1所示，主要器材有長、寬、高分別為6厘米、3厘米、2厘米的長方體木塊（遮擋物），長分別為30厘米、20厘米的直尺，30x20厘米、45x30厘米的長方形組合屏，A4白色卡紙，鉛筆。

六、實驗過程

（一）實驗一

用“光和影”實驗裝置做觀察影子的方向、長短變化的實驗。

開始實驗時，手電筒的位置以立柱為標準，遮擋物在光源的正下方。

如圖2，打開光源開關，光源在上。觀察發現，影子在遮擋物的正下方。

如圖3，轉盤左轉兩格，同時調整光源的方向，光源在左，發現影子在遮擋物的右邊。

如圖4，轉盤右轉四格，同時調整光源的方向，光源在右，發現影子在遮擋物的左邊。

如圖5，轉盤再右轉兩格，同時調整光源的方向，光源在右，位置更低，發現影子在遮擋物的左邊，影子較長。

如圖6，轉盤左轉八格，同時調整光源的方向，光源在左，位置更低。發現影子在遮擋物的右邊，影子較長。

通過對比實驗得出：影子的方向、長短隨著光源照射的方向、位置的改變而改變。

（二）實驗二

用“光和影”實驗裝置觀察、測量屏上影子的影長。

如圖7，根據實驗要求，光源到屏的距離為30厘米。打開光源，將遮擋物放在離光源10厘米、離屏20厘米處，測量屏上的影長。

如圖8，將遮擋物放在光源和屏中間15厘米處，測量屏上影子的影長。

如圖9，將遮擋物放在離光源20厘米、離屏10厘米處，測量屏上影子的影長。

根據實驗數據得出：影子的大小與遮擋物、光源、屏之間的距離遠近有關。

（三）實驗三

用“光和影”實驗裝置觀察、測量影子的長和寬，根據測得的數據畫出影子的形狀。

如圖10，根據實驗要求，將遮擋物長和寬分別為3厘米和2厘米的側面對準光源，放在離光源8厘米處。打開光源，測得屏上影子的長和寬分別為9和6。根據測得的數據畫出遮擋物影子的形狀。

如圖11，使光源和立柱重合，調整光源的方向，將遮擋物長和寬分別為6厘米和2厘米的側面對準光源，放在光源的正下方，測得屏上影子的長和寬分別為6.9厘米和2.3厘米。根據測得的數據畫出遮擋物影子的形狀。

通過實驗數據和影子的圖形，得出實驗結論：影子的形狀和光源照射的遮擋物側面的形狀相似。

七、裝置使用范圍和效果

用“光和影”實驗裝置實驗，本課三組不同的實驗都能輕松地完成，而且操作簡單，定位精準，省時省力，效果明顯，能幫助同學們理解“光和影”之間的變化規律0

如圖12，給該實驗裝置增加一個10厘米的立柱，還能模擬“陽光下的影子”。

如圖13，增加中間有孔的紙屏，實驗“光的直線傳播”。

如圖14，增加兩塊平面反光鏡，可進行“光的反射”等多組不同的實驗。

“光和影”實驗裝置具有使用的廣泛性，能滿足這一單元多課不同的實驗要求。

八、創新價值

采用我自制的“光和影”裝置實驗，按照由易到難、由簡到繁進行設計，可先觀察演示實驗，再觀察、測量影子的影長，最后觀察、測量影子的長和寬，根據測得的數據畫出遮擋物側面的形狀和影子的形狀。通過實驗、觀察、測量、畫圖、歸納總結，得出實驗結論。用這個“光和影”裝置實驗，通過精心設計實驗過程，實驗銜接巧妙自然，可用最少的時間完成實驗探究過程，實驗前后連貫，一氣呵成。

（編輯巧克力）