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探究光的反射实验方案

顾福敢

物理学是一门以实验为基础的学科,而物理实验教学中的科学探究的作用尤为重要,都有着其他教学方式不可取代的作用。“制定计划与设计实验”是科学探究过程中重要的环节,我们一线老师多数情况下,为了使科学探究能顺利进行下去,教材都会在给出假设的基础上介绍实验设计的方案。在课堂教学中,为了完成教学进度,节约课堂时间,常常采用教材介绍的方案,这个环节学生较少有锻炼的机会,这样,让学生经历“制定计划与设计实验”的过程就显得特别必要,不拘泥于教科书介绍的实验方案,在老师的引导和帮助下,充分发挥学生的想象力与创造力,师生形成学习共同体,改进优化,我以探究光的反射定律实验方案为例,来说明教师在教学过程中如何改进与优化实验方案。

实验方案1:如图是苏科版物理教材介绍的实验方案教材中实验所用的器材是两个大小相同的带有量角器的光屏,其中一个光屏与一个小平而镜垂直,另一个光屏可以绕着ON的对称轴转动,并且与平面镜垂直,用一个激光笔作为光源如(图1)所示。将平面镜M水平放置,然后把一块标有刻度的白色硬纸板竖直放置在平面镜上,硬纸板由A、B两个部分组成,且可沿接缝ON折叠,使一束光线紧贴硬纸板射向镜面上的O点,从硬纸板上读出入射角和反射角的大小,改变入射光线的方向测量对应的入射角与反射角,得出反射角与入射角的大小关系;以法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上还能观察到反射光线吗?从而得出反射光线与入射光线三者在同平面内。

用这样的演示实验装置,是符合初中学生的认知特点来看,用激光笔沿光屏射到平而镜上,观察在光屏上留下的轨迹,实际上是用光屏上的反射点的集合以表示光的传播路径,简便易行,教学过程容易就地取材,进行实验探究,但仍存在一些不足,但笔者在教学过程中发现一些问题,学生在实际操作过程中,学生使用激光笔时不稳定,想要观察一个稳定的反射现象需要调查整较长时间,另外科学的严谨性也值得商榷。学生在实验过程中经常发现我们只在后侧研究,就得出结论时是不科学的,但当转到前方,在一定的范围内,即使不在同一平面也可以看到B板上有光线存在。这在教学过程我们是不能回避的,我们要么和学生分析形成原因在光源并不是真正意义上的一束光线,有一定的粗细,当然我们也可以改进们的实验方案。

实验方案2:如右(图2)所示,1是平面镜,2是编织毛衣用的竹针(表示法线,用铁架台固定竹针与镜面垂直),3是激光笔,4和5是缝衣用棉线。制作时,可用铅笔刀小心地在竹针的尖端横划一道刻痕,把棉线牢固地系在竹针刻痕处。学生通过前面已经认识到,反射光线与入射光线是一一对应的,让学生用棉线、竹针、激光笔代替,并让棉线从激光笔中引出,用竹针将棉线固定,光沿着棉线射向平面镜,另一位同学在另一侧寻找,直到棉线将光路显示出来为止,记录此时棉线位置,我们研究棉线的位置关系即为光线的位置关系。

但在研究过程中,我们无法保持光线长时间存在,无法直接研究,我们需要记录光线所在的位置,我们只需要让光线与棉线重合时,本实验装置的巧妙之处是用棉线寻找反射光线,向学生在展示空间立体,经过比较长时间的寻找,学生会有找到光线的瞬间都有惊乎的表情,感受成功的喜悦!教师因地制宜地引导学生使用身边随手可得的物品进行设计探究活动和各种物理实验。拉近物理与生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性,感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。

实验方案3:在圆形烧瓶缸中放入水和少量牛奶搅拌均匀如图3所示。水是透明物质,光在水中传播不能看到光的传播路径,所以要掺入少量光反射效果较好的白色牛奶。牛奶不要过多,否则不易于观察光线固定激光笔于划槽之上,让激光射入缸底一点。引出法线,在划槽上用自行车车条代替法线,放置于入射点上方。在旋转过程中让各个方向的同学都可以看到在旋转过程中三条线之间位置的变化,其中在某一个角度三条线“重合”,这一现象证明了反射光线、入射光线和法线在同一个平面内。在玻璃缸表而画上量角器,让入射光线的入射点射到原点,多次改变入射角度,观察反射角的大小变化和与入射角的关系,同样可以研究反射光线、入射光线与法线的位置关系,反射角与入射角的大小关系。

本实验方案与方案件2相比较而言,学生理解过程更容易接受,采用方案1中方法将光线在一个空间中显示出来,给学生一个空间立体感,突破板面的缺陷,直接研究所看到的光线,此方法的确是一个创新的思想,但本实验只能作为演示的实验非常合适,并不能作为学生作为实验探究的设计,而且此方法实验结构相对较为复杂,有将简单问题复杂化的现象。

光的反射多方案设计,启示我们在物理实验教学实践中,教师要研究实验,就必须认真深入地研究实验方法和实验方案,以在实验教学中取得更好的效果。通过制定计划与设计实验这个科学探究要素内涵的加深理解过程,同时学生也获得了锻炼的机会,能培养学生的创新意识和创新能力。

(作者单位:江苏省淮阴中学)

物理学是一门以实验为基础的学科,而物理实验教学中的科学探究的作用尤为重要,都有着其他教学方式不可取代的作用。“制定计划与设计实验”是科学探究过程中重要的环节,我们一线老师多数情况下,为了使科学探究能顺利进行下去,教材都会在给出假设的基础上介绍实验设计的方案。在课堂教学中,为了完成教学进度,节约课堂时间,常常采用教材介绍的方案,这个环节学生较少有锻炼的机会,这样,让学生经历“制定计划与设计实验”的过程就显得特别必要,不拘泥于教科书介绍的实验方案,在老师的引导和帮助下,充分发挥学生的想象力与创造力,师生形成学习共同体,改进优化,我以探究光的反射定律实验方案为例,来说明教师在教学过程中如何改进与优化实验方案。

实验方案1:如图是苏科版物理教材介绍的实验方案教材中实验所用的器材是两个大小相同的带有量角器的光屏,其中一个光屏与一个小平而镜垂直,另一个光屏可以绕着ON的对称轴转动,并且与平面镜垂直,用一个激光笔作为光源如(图1)所示。将平面镜M水平放置,然后把一块标有刻度的白色硬纸板竖直放置在平面镜上,硬纸板由A、B两个部分组成,且可沿接缝ON折叠,使一束光线紧贴硬纸板射向镜面上的O点,从硬纸板上读出入射角和反射角的大小,改变入射光线的方向测量对应的入射角与反射角,得出反射角与入射角的大小关系;以法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上还能观察到反射光线吗?从而得出反射光线与入射光线三者在同平面内。

用这样的演示实验装置,是符合初中学生的认知特点来看,用激光笔沿光屏射到平而镜上,观察在光屏上留下的轨迹,实际上是用光屏上的反射点的集合以表示光的传播路径,简便易行,教学过程容易就地取材,进行实验探究,但仍存在一些不足,但笔者在教学过程中发现一些问题,学生在实际操作过程中,学生使用激光笔时不稳定,想要观察一个稳定的反射现象需要调查整较长时间,另外科学的严谨性也值得商榷。学生在实验过程中经常发现我们只在后侧研究,就得出结论时是不科学的,但当转到前方,在一定的范围内,即使不在同一平面也可以看到B板上有光线存在。这在教学过程我们是不能回避的,我们要么和学生分析形成原因在光源并不是真正意义上的一束光线,有一定的粗细,当然我们也可以改进们的实验方案。

实验方案2:如右(图2)所示,1是平面镜,2是编织毛衣用的竹针(表示法线,用铁架台固定竹针与镜面垂直),3是激光笔,4和5是缝衣用棉线。制作时,可用铅笔刀小心地在竹针的尖端横划一道刻痕,把棉线牢固地系在竹针刻痕处。学生通过前面已经认识到,反射光线与入射光线是一一对应的,让学生用棉线、竹针、激光笔代替,并让棉线从激光笔中引出,用竹针将棉线固定,光沿着棉线射向平面镜,另一位同学在另一侧寻找,直到棉线将光路显示出来为止,记录此时棉线位置,我们研究棉线的位置关系即为光线的位置关系。

但在研究过程中,我们无法保持光线长时间存在,无法直接研究,我们需要记录光线所在的位置,我们只需要让光线与棉线重合时,本实验装置的巧妙之处是用棉线寻找反射光线,向学生在展示空间立体,经过比较长时间的寻找,学生会有找到光线的瞬间都有惊乎的表情,感受成功的喜悦!教师因地制宜地引导学生使用身边随手可得的物品进行设计探究活动和各种物理实验。拉近物理与生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性,感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。

实验方案3:在圆形烧瓶缸中放入水和少量牛奶搅拌均匀如图3所示。水是透明物质,光在水中传播不能看到光的传播路径,所以要掺入少量光反射效果较好的白色牛奶。牛奶不要过多,否则不易于观察光线固定激光笔于划槽之上,让激光射入缸底一点。引出法线,在划槽上用自行车车条代替法线,放置于入射点上方。在旋转过程中让各个方向的同学都可以看到在旋转过程中三条线之间位置的变化,其中在某一个角度三条线“重合”,这一现象证明了反射光线、入射光线和法线在同一个平面内。在玻璃缸表而画上量角器,让入射光线的入射点射到原点,多次改变入射角度,观察反射角的大小变化和与入射角的关系,同样可以研究反射光线、入射光线与法线的位置关系,反射角与入射角的大小关系。

本实验方案与方案件2相比较而言,学生理解过程更容易接受,采用方案1中方法将光线在一个空间中显示出来,给学生一个空间立体感,突破板面的缺陷,直接研究所看到的光线,此方法的确是一个创新的思想,但本实验只能作为演示的实验非常合适,并不能作为学生作为实验探究的设计,而且此方法实验结构相对较为复杂,有将简单问题复杂化的现象。

光的反射多方案设计,启示我们在物理实验教学实践中,教师要研究实验,就必须认真深入地研究实验方法和实验方案,以在实验教学中取得更好的效果。通过制定计划与设计实验这个科学探究要素内涵的加深理解过程,同时学生也获得了锻炼的机会,能培养学生的创新意识和创新能力。

(作者单位:江苏省淮阴中学)

物理学是一门以实验为基础的学科,而物理实验教学中的科学探究的作用尤为重要,都有着其他教学方式不可取代的作用。“制定计划与设计实验”是科学探究过程中重要的环节,我们一线老师多数情况下,为了使科学探究能顺利进行下去,教材都会在给出假设的基础上介绍实验设计的方案。在课堂教学中,为了完成教学进度,节约课堂时间,常常采用教材介绍的方案,这个环节学生较少有锻炼的机会,这样,让学生经历“制定计划与设计实验”的过程就显得特别必要,不拘泥于教科书介绍的实验方案,在老师的引导和帮助下,充分发挥学生的想象力与创造力,师生形成学习共同体,改进优化,我以探究光的反射定律实验方案为例,来说明教师在教学过程中如何改进与优化实验方案。

实验方案1:如图是苏科版物理教材介绍的实验方案教材中实验所用的器材是两个大小相同的带有量角器的光屏,其中一个光屏与一个小平而镜垂直,另一个光屏可以绕着ON的对称轴转动,并且与平面镜垂直,用一个激光笔作为光源如(图1)所示。将平面镜M水平放置,然后把一块标有刻度的白色硬纸板竖直放置在平面镜上,硬纸板由A、B两个部分组成,且可沿接缝ON折叠,使一束光线紧贴硬纸板射向镜面上的O点,从硬纸板上读出入射角和反射角的大小,改变入射光线的方向测量对应的入射角与反射角,得出反射角与入射角的大小关系;以法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上还能观察到反射光线吗?从而得出反射光线与入射光线三者在同平面内。

用这样的演示实验装置,是符合初中学生的认知特点来看,用激光笔沿光屏射到平而镜上,观察在光屏上留下的轨迹,实际上是用光屏上的反射点的集合以表示光的传播路径,简便易行,教学过程容易就地取材,进行实验探究,但仍存在一些不足,但笔者在教学过程中发现一些问题,学生在实际操作过程中,学生使用激光笔时不稳定,想要观察一个稳定的反射现象需要调查整较长时间,另外科学的严谨性也值得商榷。学生在实验过程中经常发现我们只在后侧研究,就得出结论时是不科学的,但当转到前方,在一定的范围内,即使不在同一平面也可以看到B板上有光线存在。这在教学过程我们是不能回避的,我们要么和学生分析形成原因在光源并不是真正意义上的一束光线,有一定的粗细,当然我们也可以改进们的实验方案。

实验方案2:如右(图2)所示,1是平面镜,2是编织毛衣用的竹针(表示法线,用铁架台固定竹针与镜面垂直),3是激光笔,4和5是缝衣用棉线。制作时,可用铅笔刀小心地在竹针的尖端横划一道刻痕,把棉线牢固地系在竹针刻痕处。学生通过前面已经认识到,反射光线与入射光线是一一对应的,让学生用棉线、竹针、激光笔代替,并让棉线从激光笔中引出,用竹针将棉线固定,光沿着棉线射向平面镜,另一位同学在另一侧寻找,直到棉线将光路显示出来为止,记录此时棉线位置,我们研究棉线的位置关系即为光线的位置关系。

但在研究过程中,我们无法保持光线长时间存在,无法直接研究,我们需要记录光线所在的位置,我们只需要让光线与棉线重合时,本实验装置的巧妙之处是用棉线寻找反射光线,向学生在展示空间立体,经过比较长时间的寻找,学生会有找到光线的瞬间都有惊乎的表情,感受成功的喜悦!教师因地制宜地引导学生使用身边随手可得的物品进行设计探究活动和各种物理实验。拉近物理与生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性,感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。

实验方案3:在圆形烧瓶缸中放入水和少量牛奶搅拌均匀如图3所示。水是透明物质,光在水中传播不能看到光的传播路径,所以要掺入少量光反射效果较好的白色牛奶。牛奶不要过多,否则不易于观察光线固定激光笔于划槽之上,让激光射入缸底一点。引出法线,在划槽上用自行车车条代替法线,放置于入射点上方。在旋转过程中让各个方向的同学都可以看到在旋转过程中三条线之间位置的变化,其中在某一个角度三条线“重合”,这一现象证明了反射光线、入射光线和法线在同一个平面内。在玻璃缸表而画上量角器,让入射光线的入射点射到原点,多次改变入射角度,观察反射角的大小变化和与入射角的关系,同样可以研究反射光线、入射光线与法线的位置关系,反射角与入射角的大小关系。

本实验方案与方案件2相比较而言,学生理解过程更容易接受,采用方案1中方法将光线在一个空间中显示出来,给学生一个空间立体感,突破板面的缺陷,直接研究所看到的光线,此方法的确是一个创新的思想,但本实验只能作为演示的实验非常合适,并不能作为学生作为实验探究的设计,而且此方法实验结构相对较为复杂,有将简单问题复杂化的现象。

光的反射多方案设计,启示我们在物理实验教学实践中,教师要研究实验,就必须认真深入地研究实验方法和实验方案,以在实验教学中取得更好的效果。通过制定计划与设计实验这个科学探究要素内涵的加深理解过程,同时学生也获得了锻炼的机会,能培养学生的创新意识和创新能力。

(作者单位:江苏省淮阴中学)

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