“挡板”的变形计

黄全

摘要：对于影子、日月食及小孔成像的原理，学生会机械地说出是因为光沿直线传播.但实际很多学生并没有真正理解为什么是因为光沿直线传播.在本文中，笔者通过挡板的几种变形，巧妙地设置了各种学生活动，让学生在轻松愉悦的环境中真正从光路的形成角度理解了这三种现象的形成原理.

关键词：影子；日月食；小孔成像；光沿直线传播

影子的形成，日食月食的形成以及小孔成像，这些现象的产生都是因为光的直线传播.不管在哪个版本的教材中，这些现象都是教学重难点，特别是在北师大版本中，还特意强调了日月食形成的光路图，不仅要求学生理解它们的形成原理，还要明白它们的形成过程.而这三种现象中，影子是随处可见的；日月食是远在天边的；小孔成像是难得一见的；笔者发现虽然它们是三个独立的现象，但却又联系紧密，本文将讲解如何利用几块非常常见的挡板，由身边最简单易懂的现象“影子”入手，慢慢过渡到日月食和小孔成像，由近及远，由浅入深，从现象到原理，从已知到未知，让学生经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程，搞清知识的来龙去脉，真正做到从生活中来，到生活中去.

1影子的形成

借助几块挡板，教师设置以下三个情境，情境一（如图1）：用手电筒照亮墙壁；情景二（如图2）：在手电筒和墙壁之间放置两块挡板，两挡板之间开一个大口；情景三（如图3）：在手电筒和墙壁之间放置一块挡板；在这三个情境中，要求同学们利用光路图画出手电筒能照亮墙壁的哪些范围.通过这三个情境的设置，一是能加强练习光路图的规范画法，二是能顺利过渡到影子的形成原理.

演示上述情境三中档板形成的影子，用实验现象去验证影子形成的原理，更有助于学生的理解.

请学生展示有趣的手影游戏，通过做游戏的方式激发学生的学习兴趣和热情.

将挡板换成球，如图4、5所示，接着通过实验展示球影，并点拨提问：如果将光源换成发光的太阳，将球换成月球或地球，又会有什么现象？自然地过渡到日食和月食的形成.

2日食和月食

日食和月食现象，它不像影子一样是随处可见的，是比较罕见的现象，而且离大家很“远”，但也正因为它的稀奇，会使同学们对这种现象更加感兴趣.所以在进行这部分的教学设计时，首先应激起学生们的好奇心，然后如何把这种“远在天边”的现象拉到学生身边去亲身体验它是教师该思考的问题.寻找日食和月食与影子的共同点，会发现日食的形成实际是因为地球的某一区域落在了月球的影子里，月食的形成实际是因为月球全部或者部分落在地球的影子里，形成原理与影子的形成原理是一样的，都是因为光沿直线传播.所以教师如果能从影子形成的角度过渡到日月食形成的原因，学生会更容易理解.

21设置学生活動，让学生亲身经历日食月食的形成过程

先观看一个简短的视频让学生对天体的转动有个直观的认识，地球绕着太阳转，月亮绕着地球转，那么当三个星球转动到同一直线上时会如何？而后请三个学生上来，一个手拿“太阳”（实际是将手电筒塞入了一个大球里）扮演太阳的角色，一个手拿“月球”（实际是一个橙子）扮演月亮的角色，一个手拿“地球”（实际为一个玩具气球）扮演地球的角色.请这三个学生模拟三个星球运动到同一直线上时的情况.通过这三个学生的活动，相当于是让全体学生亲身参与了日月食的形成过程，将这个远在天边又充满了神秘感的现象带到了学生身边。满足了学生们的好奇心，激发了学生们的兴趣和热情，也使学生们能更直观形象地理解日月食的形成实际上也是光的直线传播.

22利用多媒体，理解几种日食的形成原理

说到如何讲解日食的形成原理，笔者一开始想到直接搬出图6这幅图片，对照图片讲清四个区域：本影区域、两个半影区域、伪半影区域.但后来发现这样的讲解一方面讲得过多过难，另一方面没有顺应学生的思维过程.在前面的学习过程中，学生的理解能力还停留在由点光源画出的两条临界光线中，而太阳是个发光的物体，由它所画出的临界光线有四条.所以直接讲解这幅原理图是不妥的，教师应顺应学生的思维发展过程，慢慢由两条光线过渡到四条光线.

设计一：根据光沿直线传播的原理，由太阳的边缘画出两条临界光线，人眼在图7所示的区域时，所有的光都被挡住了，所以在这个区域看不到整个太阳，形成日全食.

设计二：将人眼移至图8所示的区域，根据光由直线传播的原理画出如图8所示的光路图，由这个光路图，学生可以清晰地认识到黑影部分的光是被挡住了的，所以看不到下面这部分太阳，看到的是日偏食.再由图8过渡到图9，进一步讲解了能看到日偏食的区域范围.

设计三：有了设计二这部分的教学，当教师将图片过渡图10和图11时，学生已经能自发地理解这是另一个能看到日偏食的区域.

设计四：教师进行点拨提问：如果地球离月球比较远，刚好转至如图12所示的位置时，那么根据前面所学的知识，人眼在图示的位置又将能看到什么现象呢？由光沿直线传播的原理画出图示的光路，学生很轻易地就得出了在此区域只能看到太阳的边缘，也就是所说的日环食.在这整个设计过程中，回避了地理知识，至始至终只是在强调一个知识点，那就是光沿直线传播.

3小孔成像

回归到形成影子时的挡板，引出一个问题：如果挡板上有个小孔，会有什么现象？如果是点光源照向小孔会有什么现象？如果将点光源换成发光的烛焰又会有什么现象？随着问题的一步步深入，由图13到图15，这块多变的挡板将问题由影子的形成很自然地过渡到了小孔成像.而且这些问题和情境的设置会引发学生们强烈的好奇心和求知欲望.

31通过小孔成像的实验，让学生观察现象，总结成像特点

小孔成像的实验是比较容易成功的，所以通过实验现象让学生总结成像特点会更简单，更形象，也更能说明问题.像的正倒，大小和虚实都可以通过实验现象展示出来.

32由现象回归到原理

上述图14中已明了由于光沿直线传播，点光源通过小孔后在对面光屏上会有一个亮斑.把发光的烛焰看成是由无数个点组成的，为了让学生更好地理解成像原理，可以先分析烛焰最上面和最下面两个点的成像情况.从原理图16中不难

看出上面的点在光屏的下方形成一亮斑，下面的点在光屏的上方形成一亮斑.这就很巧妙地解释了为什么是倒立的像.而后再分析烛焰上每个点都会对应有一个亮斑在光屏上，无数个亮斑组合在一起就构成了一个倒立的烛焰的像.

几块普通的挡板，挡在光源前会看到影子的形成；如果将挡板变成球体，又能模拟出日月食的现象；在挡板上钻一小孔，还能看到令人意想不到的小孔成像现象.这些不起眼的挡板在本堂课中发挥了神奇的作用.而挡板在生活中又是极为常见的器材，更是将物理贴近了生活，还有什么比从生活中取材实验更能让学生惊喜和惊奇的呢？除了挡板外，其它的实验器材都不是高挡贵重的器材，全都是生活中常见又经济的东西，比如用来模拟三个天体的球体分别是灯罩、橙子和玩具球.这样能让学生深刻体会到其实物理实验就在我们身边，所有的东西中都蕴含有物理知识，激发学生随时随地学物理.