光的折射現(xiàn)象的模擬演示

1、光的折射現(xiàn)象的模擬演示器 江蘇省姜堰市里華初級(jí)中學(xué) 劉文武（225516）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：在以往的光的折射實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，折射光線 的亮度往往很弱，實(shí)驗(yàn)時(shí)間也比較短促，學(xué)生很難清楚、從容地進(jìn)行觀察，導(dǎo)致他們對(duì)折射現(xiàn)象的記憶比較模糊、膚淺，進(jìn)而也影響他們對(duì)光的折射規(guī)律的探究、歸納、理解和應(yīng)用。為了克服這一難點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)中采取了兩個(gè)措施：一是對(duì)原來的光的折射實(shí)驗(yàn)做了一些改進(jìn)，如選用大功率的手電筒或激光棒做光源，在水面上散布煙霧、在水中滴一點(diǎn)牛奶，等等，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度；二是專門制作了光的折射現(xiàn)象的模擬演示器。該儀器以光的折射規(guī)律為理論指導(dǎo)、借助機(jī)械控制手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的折射現(xiàn)象的機(jī)

2、械模擬。教師只要用手指抓住儀器背面的螺栓在一定的軌道運(yùn)動(dòng)，就能帶動(dòng)面板上兩根鐵條（分別代表入射光線和折射光線）隨之運(yùn)動(dòng)，從而直觀清晰地再現(xiàn)了真實(shí)的光的折射現(xiàn)象，使學(xué)生能方便、從容地觀察折射現(xiàn)象；并且，儀器面板上繪制的空氣與水的分界面、法線、角度分割線等圖案，也能幫助學(xué)生進(jìn)行觀察分析、自主探究并歸納總結(jié)出光的折射規(guī)律，為學(xué)生從對(duì)物理現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)到對(duì)物理規(guī)律的理性知識(shí)的思維跨躍提供了自然的過渡和有效的鋪墊。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻?zhǔn)確模擬光的折射現(xiàn)象，幫助學(xué)生形成清晰的記憶表象，促進(jìn)學(xué)生對(duì)光的折射規(guī)律的探究和理解。實(shí)驗(yàn)裝置圖： 正面1 正面2 正面3 背面實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所涉及的科學(xué)原理：、光的折射規(guī)律光從空氣中斜射

3、入水中時(shí)，設(shè)入射角為i，折射角為r，則Sini/Sinr4/3。光從空氣中垂直射入水中時(shí)，光的傳播方向不變。、機(jī)械控制的原理 上圖中，PO代表入射光線，OQ代表折射光線，對(duì)應(yīng)于儀器的面板上的兩根漆成紅色的鐵條；RP、RQ是帶動(dòng)PO、OQ運(yùn)動(dòng)的兩根鐵條，位于儀器面板和背面之間的夾層內(nèi)，R是儀器背面的手動(dòng)螺栓，只能沿著背面木板上的固定的弧形軌道運(yùn)動(dòng)。要準(zhǔn)確地模擬光的折射現(xiàn)象，關(guān)鍵就是要做到當(dāng)R移動(dòng)到軌道上任意位置時(shí)，都保證入射角和折射角滿足關(guān)系：SinPOM/SinQON=4/3，所以如何確定R的運(yùn)行軌道是制作這個(gè)模擬器的難點(diǎn)。 為此，我們是這么做的：先將PO旋轉(zhuǎn)到某一位置，量出此時(shí)的入射角POM

4、的度數(shù)，然后根據(jù)關(guān)系式 SinPOM/SinQON=4/3計(jì)算出QON的度數(shù)，就可以確定OQ的位置，這樣就能定下R的一個(gè)位置；再將PO旋轉(zhuǎn)到另一位置 ，重復(fù)上述做法，就能定下R的第二個(gè)位置；反復(fù)以上的操作，得到個(gè)R的位置后，把這些點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，就成功確定了R的運(yùn)行軌道了。確定手動(dòng)點(diǎn)的軌道的全過程可以參考一下我們用幾何畫板軟件制作的一個(gè)動(dòng)畫：光的折射.gsp 實(shí)驗(yàn)器材制作所用材料：木板、鐵條、螺絲螺栓、油漆、毛筆、釘子、鋸子、扳子實(shí)驗(yàn)器材操作步驟：、把模擬器水平放在講臺(tái)上，用手指轉(zhuǎn)動(dòng)儀器背面的螺栓到最高點(diǎn)，可以模擬出光線從空氣中垂直入射到水中時(shí)傳播方向不變的現(xiàn)象。、將螺栓轉(zhuǎn)到其它位置上

5、，可以模擬出光線從空氣中斜射向水中時(shí)傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象，提醒學(xué)生注意觀察兩條光線與法線間的偏離情況。、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓，可以模擬出折射光線隨著入射光線的改變而不斷改變的動(dòng)態(tài)過程。、改變模擬器在講臺(tái)上的放置角度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生觀察分界面不在水平方向上時(shí)的光的折射現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)效果： 該儀器自2003年投入教學(xué)以來，先后在我校初二和初三年級(jí)共24個(gè)班級(jí)中使用過?？陬^調(diào)查和試卷分析的情況表明，學(xué)生普遍反映對(duì)光的折射現(xiàn)象“看得清、記得牢”，而且對(duì)光的折射規(guī)律的理解和表述也比較準(zhǔn)確，特別是在光的折射現(xiàn)象的作圖題和應(yīng)用光的折射規(guī)律解釋實(shí)際問題的考查中，準(zhǔn)確率較以前有比較明顯的提高。需要說明的問題：1、該模擬演示器的使用時(shí)機(jī)應(yīng)安排在真實(shí)的光的折射實(shí)驗(yàn)之后，以便幫助學(xué)生形成清晰的記憶表象，促進(jìn)其對(duì)光的折射規(guī)律的探究和理解。教師決不能用它來取代真實(shí)的光的折射實(shí)驗(yàn)，也不能因此而忽略對(duì)光的折射實(shí)驗(yàn)的重視和改進(jìn)。2、這套模擬裝置看上去有點(diǎn)土氣，顯然不如大屏幕投影儀顯示的多媒