光的直线传播实验的改进

李金华

摘 要：针对光的直线传播实验中，探究光在三种不同状态的物质中传播不明显的现象，以及小孔成像的演示过程的不足，提出了自己的改进想法，并对一些实验做了改进后的自制教具。

关键词：光的直线传播；演示实验；改进；设想

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）2-0060-2

光的直线传播是苏科版物理八年级上册光现象第三节的教学内容，教材中安排了探究光在同种均匀介质中沿直线传播的教学。实验中笔者发现探究“光在不同状态物质中传播”时现象很不明显。在接下来研究小孔成像时，又发现不好演示改变孔的形状和大小来观察像的变化，而且所成像亮度太暗，观察效果差。针对以上不足，笔者对实验进行了部分改进和制作，下面从三个方面分析笔者的尝试和设想，以给大家一些启示。

1 探究光的直线传播实验的常用方法分析

1.探究光在三种不同状态的物质中传播时，我们常采用以下的一些做法：①为观察光在空气中的传播情况，常在燃烧皿燃烧碎纸片产生烟雾，让激光束穿过烟雾来观察；②要观察光在液体中的传播情况，会选用清水（或有颜色的水），让激光束穿过清水（或有颜色的水）来观察；③观察光在固体中的传播情况，常选一块长方体玻璃砖，让激光束穿过玻璃砖来观察。

2.探究光在不均匀介质中传播时，常选用盛有清水的大玻璃容器，往里面不断加入食盐，使上下面呈现出不同的浓度，然后观察激光束斜穿过不同浓度盐水的传播情况。

3.教学时为帮助学生进一步理解小孔成像现象，常选用易拉罐，半透明膜、蜡烛等器材，设计如图1所示的实验装置：将易拉罐上部去掉，用黑漆将其内壁涂黑，并用钢针在底部中心打一小孔，把薄膜固定在罐的上部，点燃蜡烛，让小孔正对蜡焰，移动罐到烛焰的距离，直到薄膜上出现烛焰的像。

在教学实践中，笔者尝试做了这些实验后，发现它们存在不足之处。例如：看不清楚光在媒体中传播的路径。光在盐水中传播时路径的弯曲不明显。小孔成像的观察效果差等。

2 对教材中光沿直线传播实验的改进措施

笔者对这些实验进行了如下的改进：

实验1：选用一个长方形玻璃容器，上面加盖一张硬纸板，在其中间用钢针打个小孔，用细线把蚊香吊在容器的中央（如图2）。点燃蚊香一会儿，待容器中充满浓烟时，让激光束穿过充满浓烟的容器，可清晰观察到光在空气中沿直线传播。

实验2：同样选用一个长方形玻璃容器，在里面加一大半水，滴入几滴牛奶，用玻璃棒搅拌均匀后静置一会儿，用激光束沿水平方向穿过水中，可清楚观察到光在水中沿直线传播。

实验3：选择一面经过打磨的毛玻璃来做实验，让激光束紧贴着其内表面传播，或选用较大的果冻来做实验，让激光束穿过果冻，都能明显看出光在玻璃和果冻中沿直线传播，如图3。

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实验4：选一个较大的长方形玻璃水槽，将事先配好的四杯浓度不同的糖水，按照浓度等比例从大到小倒入水槽中，静置一会儿。由于各层糖水间相互混合，水槽内形成了从上到下浓度逐渐变大的不均匀的糖水。将一束激光从透明水槽侧面沿75°左右的入射角，由最上层溶液斜向下射入糖水中，可观察到激光在不均匀糖水中的传播路径是向下弯曲。做此实验时，可同时做一个对照实验，用激光束斜射入均匀的蔗糖溶液中，让学生观察发现光的传播路径仍是直线。

实验5：在研究小孔成像实验时，笔者试着制作这样一个研究装置。制作方法如下（图4）：①选用葡萄酒包装盒做框架，把其四壁用墨水涂黑（作为暗箱）；②选用16只红色LED发光二极管组成“F”形，作为光源（标号1）；③选用废旧的铁皮做成两块长方形，成垂直方向固定，在一块中间开一个比较大的孔（直径大约6 mm）（标号2）；④另选一块作为导轨承载带小孔的板和物体，用粗导线固定在导轨上；⑤剪一小块铁皮，开三个不同形状的孔（圆形、三角形和六边形），然后将小铁皮固定在开有大孔的铁皮上（一个点固定，可以旋转，使三个小孔刚好都能经过大孔）（标号3）；⑥撬开葡萄酒包装盒底面一侧，安装毛玻璃，作为光屏承接小孔所成的像（标号4）。

实验时闭合开关使二极管发光组成“F”形，移动拉线杆调节像与物到小孔的距离，观察毛玻璃上像的正倒和大小变化，拨动小铁片改变小孔形状，研究小孔成像与小孔形状的具体关系。

3 改进后的实验的特点和设想

经过上述改进后，有如下特点：

1.学生对改进后展现出来的现象表现出更强烈的好奇和兴趣，实验真正达到从学生的生活体验出发，能让每个学生都能亲自参与体验，独立地去探索，充分发挥他们的时间和空间，激发起他们的创新潜能，从而获得丰富的感性体验。

2.实验所用的器材都来自于生活，很容易获取，学生实验过程操作安全、方便，充分体现了从生活走向物理，从物理走向社会的新课程理念。

3.实验现象较以前更加明显，即使在光线充足的白天课堂上也能看得很清楚，有利于学生对光沿直线传播知识的理解，更方便教师对实验过程作出科学的解释。例如：选用LED发光二极管组成的“F”形研究小孔成像时，其发光亮度高，受外界光线影响小。课堂演示时，很容易比较像与物的上下位置和左右关系。这是用烛焰做该实验达不到的，通过移动小铁片改变小孔的形状，为接下去的实验探究提供了方便。

改进后的实验在显示其新颖性的同时，也产生新的不足：在研究小孔成像时，展示小孔成像的大小随物距和像距变化的实验推理过程，一定程度上增加了教学的难度。选用糖水研究光在不均匀介质中传播，更需在课前就要配好不同浓度的糖水，静置好几个小时，操作技术要求高，给实验操作上带来了一定的困难。

总之，在探究物理实验时，我们要善于引导学生利用身边的物品，改进出最简单和直观的实验器材，为每个学生动手参与实验探究提供必要的物质基础，调动他们从“要我学”向“我要学”的学情转变，促进学生科学素养的全面提高。

参考文献：

[1]林宜平.浅谈演示光的直线传播[J].物理通报，2000，（5）：36.

[2]郭卫东.低成本物理实验的巧妙设计与应用[J].物理教学探讨，2012，（7）：3.

（栏目编辑 王柏庐）