李軍

摘要：在應(yīng)用三棱鏡進行白光的分解與色光的合成實驗設(shè)計中，取材于學(xué)生生活中熟悉的器材，設(shè)計“生活化”實驗探究方案，指導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法，提高初中學(xué)生的科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：光的色散;白光的分解與合成;led光源;窄縫

“光的色散”是蘇科版八年級（上冊）第三章光現(xiàn)象“光的色彩 顏色”一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，教材在提出探究太陽光的色彩課題時，設(shè)置了學(xué)生探究活動“分解太陽光”實驗。筆者選擇學(xué)生生活常見的材料制作了一些簡易配套器材，精心研究實驗環(huán)節(jié)，實驗操作簡便，趣味性強，易于學(xué)生探究活動，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

實驗器材設(shè)計與制作

平行光源的設(shè)計 光源可用家庭常用的led燈小手電筒，或者使用手機led燈，這些都是學(xué)生容易準備的，led燈光色基本是白色的，但是光束發(fā)散且亮度不夠，需要選用一個焦距較短的凸透鏡聚光，使led燈光源處于凸透鏡焦點位置附近，在光屏上會形成一亮度較高的圓斑。圓斑的大小接近透鏡，可將光束視為平行光。

擋光板的制作 為了準確觀察光束射入和射出三棱鏡的位置，需要用白色硬紙板制作兩個擋光板，擋光板的長度為10cm，寬度為5cm，其中一個擋光板上用刀片刻出寬為3mm，長為15mm的窄縫，然后在紙板的背后用膠帶紙固定到中性筆的筆芯桿一端上，將筆芯桿的另一端插入支座上。當平行光束射到窄縫時，在光屏上會形成清晰狹窄的白光帶。

另一個擋光板也可以在背后用膠帶紙固定到中性筆的筆芯桿的一端，以備用于觀察光束射入和射出棱鏡的路徑和光斑大小的變化。

光屏 光屏可用一窄長的白紙板制作，并用膠帶紙固定在支座上，也可以以白墻為光屏。

三棱鏡的選取 選取帶支座的J2511型三棱鏡兩個，使三棱鏡豎直放置安裝在支座上，并可以繞軸轉(zhuǎn)動。

實驗方法研究

白光的分解 如圖1，將光源、凸透鏡、帶窄縫的擋光板、光屏依次放置在水平桌面上，保持它們的中心在同一高度、同一直線上，使光源發(fā)光，調(diào)整光源、透鏡與窄縫的距離，直到光屏上出現(xiàn)清晰的窄條型白光帶。

將三棱鏡移到窄縫與光屏之間，適當調(diào)整三棱鏡的高度和角度，使光束帶剛好從一個側(cè)面射入，繞軸緩慢旋轉(zhuǎn)三棱鏡，直到光屏上得到彩色的光帶。

用備用的擋光板分別放在三棱鏡的不同側(cè)面觀察光束的入射位置和出射位置，可以判斷光束在兩個側(cè)面分別向底面發(fā)生了兩次偏折，說明彩色光帶的出現(xiàn)與光路發(fā)生偏折有關(guān)。再從出射位置向光屏逐漸移動擋光板，會發(fā)現(xiàn)擋光板距離三棱鏡越近，光譜帶亮度越高，但光譜范圍狹窄，各種色光糾集在一起，不夠清晰，接近白光;當擋光板與三棱鏡較遠，光譜的亮度變?nèi)酰秶儗?，各種色光分解的更清楚。上述現(xiàn)象表明：各種色光經(jīng)過三棱鏡時會發(fā)生不同程度的偏折，是造成白光可以被三棱鏡分解的原因。

白光的合成 如果白光是由七種色光組成的，那么就一定能用它們再合成白色光。如圖2，在白光分解實驗的基礎(chǔ)上，將第二個三棱鏡移動到第一個三棱鏡與光屏之間，調(diào)整它的高度使光帶剛好能落到它的一個側(cè)面，緩慢旋轉(zhuǎn)三棱鏡，當它的側(cè)面與第一個三棱鏡側(cè)面接近反向平行時，會看到在光屏上的彩色光帶消失，而在其他位置會出現(xiàn)一束較窄的白光帶。用備用擋光板檢查光帶在第二個三棱鏡側(cè)面的位置，可以發(fā)現(xiàn)光束在棱鏡中再次發(fā)生兩次偏折，又聚成白光。

實驗小結(jié) 通過實驗學(xué)生就可以得出以下結(jié)論：①利用三棱鏡可以將白光分解，也可以合成白光，表明白光（太陽光）是由七種色光混合而成的。②三棱鏡能將白光分解與合成的原因是各種色光在經(jīng)過三棱鏡時的偏折程度不同。

實驗設(shè)計的意義

本實驗在參考牛頓的色散實驗基礎(chǔ)上，聯(lián)系學(xué)生生活經(jīng)驗，研究了應(yīng)用led燈作為光源的實驗方法，由于這些器材生活中常見，因而方便與學(xué)生在課外活動或家庭中進行實驗。由于實驗中涉及到凸透鏡應(yīng)用，本實驗也可以安排到總結(jié)復(fù)習(xí)時做，可以提高學(xué)生對光學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力。實驗器材擋光板的制作有利于學(xué)生觀察光經(jīng)過三棱鏡分解和合成的過程，實驗方法也便于學(xué)生能通過小組合作的形式循序漸進地進行科學(xué)探究，體驗從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的過程中，找到問題與規(guī)律的聯(lián)系，感悟經(jīng)歷觀察、實驗和科學(xué)思維從而建立科學(xué)概念的過程。

教師也可引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用手機的一些功能開展學(xué)習(xí)活動，如手機的照相、攝影的一些特殊功能以及光源都可以豐富物理實驗研究的手段，這些生活化實驗器材的應(yīng)用有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和積極性。

（作者單位：陜西省西安市第三十中學(xué)）