借力實(shí)驗(yàn)情境的幾何光學(xué)復(fù)習(xí)課

中圖分類號：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2025）21-0073-03

一直以來，高中物理復(fù)習(xí)課是單一的，由教師設(shè)置練習(xí)題，學(xué)生被動地做題，做完后再進(jìn)行總結(jié)和糾錯(cuò)，學(xué)生完全陷入了“題海”，所謂高考不終，做題不止.這一做法與新課程、新高考理念背道而馳，學(xué)生只是在被動地接受知識，知識再現(xiàn)“猶抱琵琶半遮面”，學(xué)生內(nèi)化的知識程度低1.而新高考物理復(fù)習(xí)課的真正目的在于幫助學(xué)生完成知識框架的自主建構(gòu)，通過知識網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)，把高中物理涉及的基本知識和基本技能串起來，做到綱舉自張.通過自主構(gòu)建這一過程的體驗(yàn)，學(xué)生的思維品質(zhì)和問題解決的能力都得到質(zhì)的升華[2].

光沿直線傳播是幾何光學(xué)解題的根本，幾何光學(xué)就是用幾何方法探究光在不同介質(zhì)中的傳播，知識點(diǎn)主要包含光的反射、折射和全反射現(xiàn)象，知識難度不大.近幾年高考中幾何光學(xué)出現(xiàn)頻率很高，是高考的一大熱點(diǎn)[3].筆者經(jīng)由實(shí)踐教學(xué)的體驗(yàn)，逐漸地探索出一條“實(shí)驗(yàn)還原一問題情境一原理剖析—變式拓展”的新型教學(xué)路徑，此路徑巧妙激發(fā)了學(xué)生的復(fù)習(xí)熱情，精準(zhǔn)提升了復(fù)習(xí)的指向性與時(shí)效性現(xiàn)將這種做法與大家分享.

1" 演示小實(shí)驗(yàn)，驅(qū)動問題產(chǎn)生

在高三的復(fù)習(xí)課堂中，如果教師采取“溫故習(xí)題”的形式來引人現(xiàn)象，學(xué)生會感到很熟悉.筆者首先演示了選修一84頁第6題的小實(shí)驗(yàn)，如圖1所示，并提出兩個(gè)問題

問題1：你觀察到了什么現(xiàn)象？

問題2：如何解釋上述現(xiàn)象？

設(shè)計(jì)意圖復(fù)習(xí)課沒有用習(xí)題引入，超出學(xué)生的預(yù)期.通過簡單的實(shí)驗(yàn)情境和直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生的好奇心受到激勵.學(xué)生在興趣的驅(qū)動下注意力自然地集聚到了一個(gè)思維點(diǎn)“光的折射”，本節(jié)課要探究的問題自然而然得以生成

2 光的折射

例1生活中經(jīng)常可以見到一種帶圓柱形濾網(wǎng)的茶壺.當(dāng)茶壺中放入水，濾網(wǎng)在水上面和水下面的效果，如圖2所示

問題1：請根據(jù)圖2中所示的現(xiàn)象建構(gòu)出合適的光學(xué)模型，畫出光路圖（俯視圖）.

問題2：推導(dǎo)出水的折射率的表達(dá)式.

問題3：依據(jù)此圖，利用刻度尺測量相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出水的折射率.

設(shè)計(jì)意圖很多高中物理習(xí)題缺乏物理教育情境的真實(shí)性，難以有效培養(yǎng)學(xué)生解決真實(shí)物理問題的能力.例1中呈現(xiàn)的原始物理問題較好地考查了學(xué)生的觀察能力、空間思維能力和模型建構(gòu)能力，并且通過設(shè)置探究問題，給學(xué)生動手實(shí)踐的機(jī)會，提高了其科學(xué)探究的能力.

解析 通過圖3可以看出，茶葉濾網(wǎng)在水中的像的邊緣與出射光線 AD 的反向延長線相切，茶葉濾網(wǎng)與人射光線 CA 相切.水的折射率 n 等于折射角 α 的正弦與入射角 β 的正弦的比，也等于圓柱形茶葉濾網(wǎng)水中像的半徑與圓柱形茶葉濾網(wǎng)半徑的比，即

3 光的全反射

例2某同學(xué)在做水流導(dǎo)光實(shí)驗(yàn)時(shí)，用激光水 —74—

平射向塑料瓶小孔，可觀察到光在水流內(nèi)傳播.如圖4所示，已知水的折射率 ，小孔直徑 d=7mm ，重力加速度 ，瓶內(nèi)水足夠多，忽略空氣對水的阻力.若要順利完成此實(shí)驗(yàn)使水平射入的激光被約束在水流中，求：A處流出的水流速度應(yīng)滿足什么條件？

問題1：你觀察到了什么現(xiàn)象？

問題2：光為什么“被約束在水流中”？

問題3：水流速度大一點(diǎn)好還是小一點(diǎn)好？

設(shè)計(jì)意圖通過實(shí)驗(yàn)還原情境，如圖5所示，該方法增加了學(xué)生體驗(yàn)感，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改變了填鴨式講授實(shí)驗(yàn)原理的做法.教師引導(dǎo)學(xué)生把物理情境轉(zhuǎn)化為物理問題，培養(yǎng)了學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的敏銳性，發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng).

解析 當(dāng)通過小孔最底端的光線在水流外側(cè)發(fā)生全反射時(shí)，所有光線都能在水流中傳播.此時(shí)入射角為 c ，如圖6所示

從 A 處出來的水做平拋運(yùn)動，由平拋運(yùn)動規(guī)律得 ，由 得 由速度矢量三角形得 解得 所以，當(dāng) 時(shí)不漏光.

例3如圖7所示，一容器內(nèi)裝有深為 h 的某透明液體，底部有一點(diǎn)光源 k 可向各個(gè)方向發(fā)光，該透明液體的折射率為 n ，已知真空中光的傳播速度為 c.c. 求：液面上有光射出的區(qū)域的面積 s

問題1：為什么只有部分液面有光射出？

問題2：液面有光射出的區(qū)域是什么形狀？

問題3：如何確定臨界光線？

設(shè)計(jì)意圖根據(jù)圖8和圖9的實(shí)驗(yàn)還原，教師引導(dǎo)學(xué)生將題目中的情境與光的全反射聯(lián)系起來，從而自我完善知識結(jié)構(gòu)，提升讀題、分析和表達(dá)的能力，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成，發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).

解析 設(shè)發(fā)生全反射的臨界角為 c ，有 sinC= 由幾何關(guān)系可知 所以液面上有光射出的面積

基于上面“幾何光學(xué)”的復(fù)習(xí)教學(xué)實(shí)踐表明，如果將實(shí)驗(yàn)情境與物理復(fù)習(xí)課堂相融合，可以實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的素養(yǎng)教學(xué).還原實(shí)驗(yàn)情境不僅能讓學(xué)生對光的折射和全反射等教學(xué)內(nèi)容有深入地理解，形成光在界面上的折射、全反射模型，還提高了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)探究能力，有助于其樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，有效促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.

4 結(jié)束語

總而言之，高中物理復(fù)習(xí)絕非陷入“題海”的盲目勞作，“題海戰(zhàn)術(shù)”早已令師生雙方疲憊不堪，新課改呼喚著物理知識的自然生成與學(xué)生自主探索、親身實(shí)踐的多元化學(xué)習(xí)之旅.面對復(fù)習(xí)課堂，教師急需摒棄單調(diào)、刻板、低效的傳統(tǒng)模式，讓復(fù)習(xí)的切入點(diǎn)化作啟迪學(xué)生智慧的火花，催生思維活力的種子.

在備課的過程中，教師通過實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)物理情境、問題引領(lǐng)、變式拓展等靈動環(huán)節(jié)，讓復(fù)習(xí)課掙脫教師主導(dǎo)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主的探索.對于學(xué)生而言，這不僅是一次知識的學(xué)習(xí)，更是構(gòu)建新知、重組體系的寶貴契機(jī)，促進(jìn)了其科學(xué)思維能力的成長.而對于教師而言，這一過程亦是完善物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略、提升教學(xué)藝術(shù)、為物理復(fù)習(xí)課堂注入活力的絕佳途徑.

參考文獻(xiàn)：

[1］秦付平，沈強(qiáng).基于發(fā)展科學(xué)思維高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課有效教學(xué)策略：以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”為例[J].中學(xué)物理，2021（4）：22-25.

[2］劉桂枝.一堂由小實(shí)驗(yàn)生成的探究式高三復(fù)習(xí)課[J].物理教學(xué)，2010，32（11）：20-21.

[3］王輝.高考對幾何光學(xué)的考查解讀[J].高中數(shù)理化，2023（2）：10-11.

[責(zé)任編輯：李 璟]