光的反射定律演示儀的改進(jìn)-利用學(xué)科的整合來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

光的反射定律演示儀的改進(jìn)

——利用學(xué)科的整合來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

摘要：自制教具——光的反射定律演示儀是為了更好的研究光的反射定律，化抽象為形象而建立的物理模型。結(jié)合數(shù)學(xué)中菱形性質(zhì)，用平面圖形對光的反射定律加深理解，探究反射角等于入射角，法線居中，三線共面。

關(guān)鍵字：光的反射

演示儀

菱形性質(zhì)

改進(jìn)

光的反射定律演示儀是為了更好的研究光的反射定律，化抽象為形象而建立的物理模型。其結(jié)合數(shù)學(xué)中菱形的每條對角線平分一組對角這一性質(zhì)，用平面圖形對光的反射定律加深理解，探究反射角等于入射角，法線居中，三線共面。

光的反射定律是人教版八年級(jí)上冊《物理》第四章的內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)光在同種均勻透明介質(zhì)中沿直線傳播的基礎(chǔ)上，對光線照射到物體表面時(shí)，被物體表面反射回去這一現(xiàn)象的探究。光的反射定律是義務(wù)教育階段光學(xué)中重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，該探究實(shí)驗(yàn)的成功與否對學(xué)生學(xué)好光學(xué)知識(shí)有至關(guān)重要的作用。教材中把一個(gè)平面鏡放在水平桌面上，在把一張紙板豎直地立在平面鏡上，紙板上的直線ON垂直鏡面。(見圖1).

圖1

一束光貼著紙板沿某一角度射到O點(diǎn)，經(jīng)平面鏡的反射，沿另一個(gè)方向射出，在紙板上用筆描出入射光EO和OF徑跡。從而得到三線，用量角器量出兩角，總結(jié)出反射定律。學(xué)生在做該分組實(shí)驗(yàn)時(shí)必須要謹(jǐn)慎，嚴(yán)格畫線，稍有不慎，實(shí)驗(yàn)誤差太大，無法得出正確結(jié)論。況且，探究過程時(shí)間很長，對實(shí)驗(yàn)要求很高。對于書本上的實(shí)驗(yàn)中存在不足，本演示器材做了一下修改：

在鐵架臺(tái)上豎直固定一鐵桿，在鐵架臺(tái)底座上放一量角器，使鐵桿沿量角器90度的線段且垂直與量角器的0度刻度線。用四根鐵條組成菱形，鐵桿是菱形的一條對角線，用小螺釘把量角器的中心、菱形的下頂角和鐵桿固定在一起，用鐵環(huán)把菱形的上面頂角和鐵桿套在一起，鐵環(huán)可以沿著鐵桿上下運(yùn)動(dòng)。即鐵桿成為菱形的一對角線，永遠(yuǎn)平分菱形的一對角。利用菱形和量角器組合，用量角器測量對角線平分的角1和角2(見圖2)。沿著量角器的0度刻度線平放平面鏡，在下面的AO方向的小鐵條上固定一激光筆，紅光經(jīng)過鏡面反射后射到另一鄰邊OB鐵條上，無論怎樣運(yùn)動(dòng)鐵環(huán)，紅光永遠(yuǎn)照在下面兩鐵條上。

若能將該演示儀器運(yùn)用到物理學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中可以激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性。

圖2

一、演示儀的特點(diǎn)

（1）光的反射定律演示儀能動(dòng)態(tài)的演示光的反射定律，更進(jìn)一步探究了光反射特點(diǎn)。

（2）學(xué)科之間知識(shí)的遷移，加深對物理現(xiàn)象的理解。運(yùn)用數(shù)學(xué)中知識(shí)菱形性質(zhì)驗(yàn)證物理中光的反射現(xiàn)象及規(guī)律。

(3)利用平面圖形知識(shí)，讓學(xué)生記住光的反射定律中反射光線與入射光線、法線在同一平面上。

（4）制作器材易于取材、廉價(jià)、制作簡單，能極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對解決光的反射知識(shí)起到積極的作用，有利于推廣應(yīng)用。

此儀器對外界的環(huán)境沒有過多的要求，比如光的明暗程度等，演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)效果好，能直觀的演示出光的反射特點(diǎn)。

二、教具的結(jié)構(gòu)

光的反射定律演示儀(見圖3)，由鐵架臺(tái)、鐵桿、量角器、四根鐵條組成一菱形、激光筆、平面鏡、套環(huán)等組成。鐵桿是菱形的一條對角線，用小螺釘把量角器的中心、菱形的下頂角和鐵桿固定在一起，用鐵環(huán)把菱形的上面頂角和鐵桿套在一起，鐵環(huán)可以沿著鐵桿上下運(yùn)動(dòng)。組成了光的反射定律演示儀。

圖3三、實(shí)驗(yàn)的操作

在一條鐵條上固定激光筆，讓其發(fā)出一束紅光沿著鋸條，射到載物臺(tái)上的平面鏡面，光線經(jīng)過平面鏡發(fā)射后沿著另一條鐵條射出。緩慢移動(dòng)菱形上頂角的套環(huán)，使其沿著鐵桿上下運(yùn)動(dòng)，光線始終經(jīng)過菱形下面兩條邊。兩邊移動(dòng)到不同的位置，可以用量角器直接讀出兩角的度數(shù)，探究兩角相等，即反射角等于入射角。四、實(shí)驗(yàn)效果

利用光的反射定律演示儀進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生理解光的反射定律，且便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生還可以用證明三角形全等的“邊邊邊”條件，證明左右兩三角形全等，推出兩底角相等；學(xué)生還可以利用量角器度量兩角的度數(shù)，比較得出反射角等于入射角。直觀，可見度高，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。效果明顯：

（1）學(xué)生能直觀地理解入射光線與反射光線，法線這三者之間的關(guān)系。

（2）學(xué)生直觀地理解入射角與反射角的關(guān)系。

（3）能幫助學(xué)生解決一些習(xí)題中的難點(diǎn)。

該實(shí)驗(yàn)無論是用數(shù)學(xué)證明法，還是實(shí)驗(yàn)，都能得到兩角相等。對實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很大的幫助，從而提高實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性。五、該實(shí)驗(yàn)完善的設(shè)想

如果將紅光改為動(dòng)態(tài)的彩燈帶，模擬探究光的反射實(shí)驗(yàn)。儀器通電后彩燈帶從激光筆處流經(jīng)平面鏡處反射到另一條鐵條上。在動(dòng)態(tài)演示的過程中，效果更加明顯，不會(huì)受環(huán)境中光線明暗的影響，給學(xué)生帶來好奇感，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)、探究實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

六、

結(jié)束語

本實(shí)驗(yàn)是從生活中來，利用數(shù)學(xué)知識(shí)強(qiáng)化物理定律的推導(dǎo)、記憶和理解，是數(shù)學(xué)和物理學(xué)科的整合，將平面圖形知識(shí)融入到光的反射定律中去。該教具制作源于數(shù)學(xué)圖形和教具的組合，該教具重要應(yīng)用的研究方