进激光器整合初中光学实验

丁振武 张洪明

初中物理光现象为学生打开了五彩缤纷的光世界大门，其中包括光的直线传播、光的反射和光的折射现象.在实际教学中，教师运用如图1所示的仪器进行探究实验教学，效果并不理想.该仪器优点是可以清晰呈现光的传播路径，也可以发出平行光，结论精确，但该仪器结构复杂、线状平行光的调节上难度较大，光路也较固化，使用时要轻拿轻放，而且携带不便价格比较贵.基于以上的原因，笔者设计如图2所示的激光器，并与学校已有的光学仪器结合使用，完成初中光学部分实验.

1激光器

1.1器材

电压为3 V的电源、二极管五个及对应的五个控制开关，细玻璃棒一根.

1.2优点

（1）二极管发光通过细玻璃棒，使原本发出的激光点转变成了线状的光线，这样不受物体表面的凸凹程度影响，可以清晰地观察到光在平面上的传播路径，实验效果极佳.

（2）可发出最多五条平行光，教学中可根据需要选择.

（3）背面贴有磁铁，可以吸在黑板上，易于实验控制和操作.

（4）能配合学校已有光学元件使用，节约资源.

1.3用途

在教学中，可用于光的直线传播演示、光的反射（镜面反射和漫反射）演示、光的折射演示、潜望镜的光路演示、凸面镜和凹面镜对光线的作用演示、三棱镜的折射演示、凸透镜和凹透镜对光线的作用演示、眼睛的视力矫正演示、全反射现象演示.

2实验教学例举

2.1演示光的直线传播现象

将激光器吸在黑板上或放在其他平面上，清晰呈现光在空气中沿直线传播.再让激光射入玻璃中和水中（借助塑料板见图3），说明光在其他均匀介质中也是沿直线传播的.

2.2演示光的反射现象.

（1）演示“三线共面”，在此问题上，笔者认为应先验证反射光线和入射光线共面.先让两条光线呈现在演示器上（图4），反射光线呈现在左右两个板上，然后将右侧板向后折，看不到此板上的反射光线，而入射光线和部分反射光线应呈现在左侧板上，由此更能说明反射光线和入射光线具有共面性.为了便于研究问题，在此面上引入了法线，所以说“三线共面”.

初中物理光现象为学生打开了五彩缤纷的光世界大门，其中包括光的直线传播、光的反射和光的折射现象.在实际教学中，教师运用如图1所示的仪器进行探究实验教学，效果并不理想.该仪器优点是可以清晰呈现光的传播路径，也可以发出平行光，结论精确，但该仪器结构复杂、线状平行光的调节上难度较大，光路也较固化，使用时要轻拿轻放，而且携带不便价格比较贵.基于以上的原因，笔者设计如图2所示的激光器，并与学校已有的光学仪器结合使用，完成初中光学部分实验.

（2）演示“两角相等”，可借助此演示器直接读出角度大小（见图5），也可以在黑板上画出三条线再用量角器量出角度大小.

（3）演示“光路可逆性”，在白纸上演示可增强光路的可视性 （见图6）.先确定两条光线的位置，然后沿反射光线入射发现光线从原来的入射光线射出，得出光的反射现象中光路具有可逆性.

（4）演示“镜面反射”和“漫反射”，（见图7）使光路真实显现，有助学生深入理解两种反射的区别.

2.3演示光的折射现象

（1）演示“三线共面”，先验证折射光线和入射光学共面.让半圆形的玻璃砖吸在演示器上，光经过玻璃砖后传播方向发生改变，让折射光线呈现在左右两块板上，将右侧板向后折未见得折射光线（图8），说明 “两线共面”.法线也是作为辅助线出现在此面上的，所以光的折射中“三线共面”.

（2）演示“两角”的大小关系.由于初中光学不要求“两角”大小的定量关系，所以只需研究光从一种介质到另一种介质时，折射角与入射角的定性关系.以光从空气（或玻璃）到玻璃（或空气）折射现象为例（见图9），探究“两角”的大小关系.通过实验现象也可得出，在发生光的折射时也发生光的反射现象.

（3）演示“光路可逆性”，与研究光的反射中光路可逆性相似.

2.4透镜对光线的作用和视力的矫正

（1）探究透镜对光线的作用.通过如图10的直观演示，学生可轻松得出凸透镜对光线的会聚作用和凹透镜对光线的发散作用，通过光路图可以确定透镜的焦点和焦距.再让激光从其中的一条折射光线入射，光线沿原入射光线射出，说明光路的可逆性.让激光从其它角度射入透镜的光心，光线不偏折，生动直观地演示透镜作图时需要的三条特殊光线，对学生完成透镜作图问题有非常大的帮助.

（2）视力的矫正.眼睛与照相机的关键区别是：眼睛的晶状体曲率可以调节，即晶状体的焦距可变.通过图11的实验，不仅能说明凸透镜凸度越大对光的折射能力越强，焦距越短，还能得出近视眼的眼球缺陷原因及矫正方法.通过图12的实验得出远视眼的眼球缺陷原因及矫正方法.

3课外拓展实验

（1）凸面镜和凹面镜对光线的作用（见图13）.

（2）全反射现象（见图14）.

（3）光线经过两边平行的玻璃砖时的折射现象（见图15）.