王紅祥

(鎮(zhèn)江市新區(qū)大港中學(xué)北校區(qū) 江蘇 鎮(zhèn)江 212132)

蘇科版八年級(jí)物理第四章第一節(jié)“光的折射”一課中的探究活動(dòng)“觀察光從空氣射入水中時(shí)的折射情況”原文如下.

“如圖4-2(現(xiàn)標(biāo)為圖1)所示，一束激光射到空水槽的O點(diǎn)，先做個(gè)標(biāo)記，然后向水槽內(nèi)注水，注意觀察：

水槽底部光斑的位置是否發(fā)生變化？

光線由空氣斜射入水中時(shí)，方向是否發(fā)生偏折？

從空氣中入射的光線與進(jìn)入水中的光線是否在一個(gè)平面內(nèi)？

圖1

【技巧】為了便于觀察光束的路徑，可在水面上方噴些煙霧和在水中滴幾滴牛奶.借助一塊白色的塑料板，利用漫反射現(xiàn)象，可以清楚地觀察到入射光束和折射光束.”

1 教材實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路及其弊端

因?yàn)榧す庠诰鶆虻目諝庵醒刂本€傳播，人眼在光路的側(cè)面看時(shí)，眼睛不在光的傳播路線上；所以就沒有激光進(jìn)入人的眼睛，人也就無法看到激光.教材通過“技巧”提示利用光的散射(在水面上噴些煙霧)、丁達(dá)爾(J.Jyndall)效應(yīng)即懸浮微粒的散射效應(yīng)(在水中滴幾滴牛奶)和白色塑料板的漫反射現(xiàn)象將部分激光從光的路徑上反射到側(cè)面來，從而顯示出光束的路徑.

顯然，這一實(shí)驗(yàn)方案單從理論層面上看，可以說是無懈可擊的.然而，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中卻很難達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果.究其原因，筆者認(rèn)為其弊端有以下三點(diǎn).

(1)該演示實(shí)驗(yàn)可觀性不強(qiáng).與教材相配套的物理教學(xué)參考書中也坦承，其可見度不大，建議讓學(xué)生動(dòng)手完成該實(shí)驗(yàn).作為一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，最重要的是其實(shí)驗(yàn)效果是否可觀，否則這樣的演示實(shí)驗(yàn)就毫無意義.而教參所建議的讓學(xué)生動(dòng)手完成該實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為更不可行.因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)的可觀性不強(qiáng)，所以也只有親身體驗(yàn)這一實(shí)驗(yàn)的少許幾個(gè)同學(xué)能隱隱約約觀察到一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.為了收到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)效果，必然要進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn).這樣，首先就面臨著實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備的難題，即要準(zhǔn)備幾十個(gè)大水槽和白色塑料板等器材.其次，該實(shí)驗(yàn)的難度太大，即便是學(xué)有專長(zhǎng)的物理教師也未必每次都能做出理想的實(shí)驗(yàn)效果，更何況是毫無經(jīng)驗(yàn)的初學(xué)者.

(2)該演示的難度太大，無法確保每次實(shí)驗(yàn)都能獲得成功.該實(shí)驗(yàn)的難度之大表現(xiàn)在三方面.一是實(shí)驗(yàn)所需的煙霧制取、收集和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象穩(wěn)定地呈現(xiàn).眾所周知，煙為懸浮在空氣中的細(xì)小固體顆粒，容易飄散，難以收集，很難使煙穩(wěn)定地籠罩在水面不飄散開來.這樣，必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，難以捕捉.二是對(duì)在水中滴入牛奶數(shù)量的掌控.為了看清激光在水中的傳播路徑，對(duì)滴入水中的牛奶數(shù)量有著嚴(yán)格的要求.少了，會(huì)使激光路徑與周圍的水對(duì)比度不夠而看不清;多了，又會(huì)使牛奶遮擋住射出水槽的激光.三是對(duì)水槽的透明度要求陷入了兩難境地.當(dāng)我們從側(cè)面觀察激光在水中路徑時(shí)要求水槽的側(cè)壁有良好的透光度，而當(dāng)俯視水槽底部的光斑時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)水槽的底部沒有光斑.原因是水槽底部也是透明的，激光在射到底部時(shí)絕大多數(shù)光線都透射出去了，只有少部分光發(fā)生了鏡面反射，人眼如果不在反射光路的方向上根本無法看到所謂的“光斑”.解決這一難題的辦法只有把水槽的底部磨砂，使激光在其上發(fā)生漫反射.這樣，才能真正看到光斑.

(3)該演示實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)器材多而大，實(shí)驗(yàn)步驟比較繁雜，耗時(shí)太多，影響課堂教學(xué)效率.為完成這一實(shí)驗(yàn)，所需要的大型實(shí)驗(yàn)器材包括大水槽、大的白色塑料板、大量的水和鐵架臺(tái)(用于固定激光電筒)等；小型器材包括激光電筒、牛奶、膠頭滴管、煙和煙的收集裝置等.由于器材眾多，步驟繁難，耗費(fèi)時(shí)間，其直接影響到課堂教學(xué)效率.不符合用少而簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材，通過簡(jiǎn)明的實(shí)驗(yàn)操作，獲得最直觀、明顯的實(shí)驗(yàn)效果的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念.

2 實(shí)驗(yàn)方案的引入

筆者首先通過多媒體展示一幅帶有倒影的拱橋圖片，啟發(fā)學(xué)生思考：“為什么橋和倒影的顏色深淺不同？”通過引導(dǎo)，幫助學(xué)生理解橋上的光線射到水面上時(shí)，只有一部分光經(jīng)過反射進(jìn)入了人的眼睛，還有一部分光進(jìn)入了水中.接著復(fù)習(xí)光的直線傳播知識(shí)，并提問：“光在空氣和水中都是怎樣傳播的？”學(xué)生回答：“都是沿直線傳播的.”教師再次追問：“那么，光從空氣斜射向水面時(shí)，在兩種物質(zhì)的分界面上是否也是沿直線傳播的呢？可能有什么情況？”.讓學(xué)生猜想并試著畫出光在水中的傳播情況.其大致情況不外乎如圖2所示的a，b，c三種情況.經(jīng)過猜想過程，可激發(fā)學(xué)生希望通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己猜想的迫切心理，為下一步推理性實(shí)驗(yàn)打下伏筆.

圖2

3 對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案

針對(duì)教材實(shí)驗(yàn)中的諸多弊端，筆者在實(shí)施這一內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，作了如下一些有益的嘗試.

實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)鐵架臺(tái)，一只激光電筒，一只一次性紙杯和半杯水.

圖3

實(shí)驗(yàn)過程：將上述實(shí)驗(yàn)器材如圖3組裝，用鐵架臺(tái)上自帶的鐵夾夾緊激光電筒的掀動(dòng)按鈕，使激光電筒持續(xù)不斷地發(fā)出激光.調(diào)整激光電筒的高度和角度，使激光電筒所發(fā)出的光恰好通過一次性紙杯的杯口照在紙杯的杯壁上.因?yàn)榧す廨^自然光的穿透能力強(qiáng)，所以激光電筒發(fā)出的激光能穿透紙杯的杯壁，并通過漫反射在紙杯的外壁形成一非常醒目的紅色光斑(同樣的激光如果射到透明玻璃杯上，則幾乎看不到光斑，原因是大部分激光都穿過玻璃杯集中朝一個(gè)方向射去，如果眼睛不在這個(gè)方向上就無法看到光斑).讓這個(gè)紅斑正對(duì)學(xué)生，以提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可觀性.用筆在紙杯的外壁作一個(gè)標(biāo)記，標(biāo)出原光斑的位置.然后向紙杯內(nèi)逐步加水，并記下相應(yīng)光斑的位置.最后，將光斑的起始位置和終了位置之間的所有標(biāo)記連成一條線，即光斑的移動(dòng)軌跡.通過光斑不斷向下移動(dòng)，說明了光從空氣斜射入水中時(shí)傳播方向發(fā)生了向下靠近法線偏折的結(jié)論.

參考文獻(xiàn)

1 蘇科版初中物理教材編寫組.九年義務(wù)教育物理八年級(jí)上冊(cè).南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2007.84

2 蘇科版初中物理教材編寫組.九年義務(wù)教育物理八年級(jí)上冊(cè)·物理教師教學(xué)用書.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2007.113