“光和影”实验装置

王子龙

一、研制背景

“光和影”这一课的教材内容分为光源和影子两个部分，教材中采用手电筒、木块、墙面或地面等材料开展实验。虽然教材中所采用的实验材料容易找到，但老师演示和学生分组实验操作比较麻烦，光源不能固定，拿手电筒照射遮挡物的同时还要移动光源的方向和位置，定位难准，操作费时又费力。而且，在实验过程中，光源和影子难免抖动，不利于学生清晰地观察、测量遮挡物的影长，影响实验效果。

为了精准控制变量，帮助学生掌握“光和影”之间的变化规律，我设计制作了“光和影”实验装置，能轻松地完成这一课三组不同的实验，并取得良好的教学效果。

二、工具和材料

美工刀、圆规、手电钻、钳子、量角器、直尺、彩笔、钢锯、薄木板、圆形架、螺丝及螺帽、夹子、手电筒、长方体木块、平面镜等。

三、制作过程

根据圆形架的大小在薄木板上画圆，并用钢锯锯掉圆外多余的部分;再用量角器将圆盘分成12等份，然后在薄板的圆心及圆周上钻孔，与圆盘用螺丝固定;接着用连接构件将圆盘与方座支架立杆组装起来;最后用薄板做一个立体的“L”屏，画好实验时光源射出、遮挡物放置的位置，“光和影”实验装置便大功告成了。

四、装置组成

我设计制作的“光和影”实验装置由转盘、光源（手电筒）、7号电池、夹子、连接构件、方座支架、有脚的遮挡物（长方体木块）、两个屏等组成。方座支架上的立柱固定转盘且能上下移动，转盘设有等分刻度，转盘边上的夹子用来夹住光源（手电筒）并控制光源射出的方向，遮挡物和屏能方便地左右移动，满足“光”这一单元不同的实验要求。

五、实验器材

“光和影”实验装置如图1所示，主要器材有长、宽、高分别为6厘米、3厘米、2厘米的长方体木块（遮挡物），长分别为30厘米、20厘米的直尺，30x20厘米、45x30厘米的长方形组合屏，A4白色卡纸，铅笔。

六、实验过程

（一）实验一

用“光和影”实验装置做观察影子的方向、长短变化的实验。

开始实验时，手电筒的位置以立柱为标准，遮挡物在光源的正下方。

如图2，打开光源开关，光源在上。观察发现，影子在遮挡物的正下方。

如图3，转盘左转两格，同时调整光源的方向，光源在左，发现影子在遮挡物的右边。

如图4，转盘右转四格，同时调整光源的方向，光源在右，发现影子在遮挡物的左边。

如图5，转盘再右转两格，同时调整光源的方向，光源在右，位置更低，发现影子在遮挡物的左边，影子较长。

如图6，转盘左转八格，同时调整光源的方向，光源在左，位置更低。发现影子在遮挡物的右边，影子较长。

通过对比实验得出：影子的方向、长短随着光源照射的方向、位置的改变而改变。

（二）实验二

用“光和影”实验装置观察、测量屏上影子的影长。

如图7，根据实验要求，光源到屏的距离为30厘米。打开光源，将遮挡物放在离光源10厘米、离屏20厘米处，测量屏上的影长。

如图8，将遮挡物放在光源和屏中间15厘米处，测量屏上影子的影长。

如图9，将遮挡物放在离光源20厘米、离屏10厘米处，测量屏上影子的影长。

根据实验数据得出：影子的大小与遮挡物、光源、屏之间的距离远近有关。

（三）实验三

用“光和影”实验装置观察、测量影子的长和宽，根据测得的数据画出影子的形状。

如图10，根据实验要求，将遮挡物长和宽分别为3厘米和2厘米的侧面对准光源，放在离光源8厘米处。打开光源，测得屏上影子的长和宽分别为9和6。根据测得的数据画出遮挡物影子的形状。

如图11，使光源和立柱重合，调整光源的方向，将遮挡物长和宽分别为6厘米和2厘米的侧面对准光源，放在光源的正下方，测得屏上影子的长和宽分别为6.9厘米和2.3厘米。根据测得的数据画出遮挡物影子的形状。

通过实验数据和影子的圖形，得出实验结论：影子的形状和光源照射的遮挡物侧面的形状相似。

七、装置使用范围和效果

用“光和影”实验装置实验，本课三组不同的实验都能轻松地完成，而且操作简单，定位精准，省时省力，效果明显，能帮助同学们理解“光和影”之间的变化规律0

如图12，给该实验装置增加一个10厘米的立柱，还能模拟“阳光下的影子”。

如图13，增加中间有孔的纸屏，实验“光的直线传播”。

如图14，增加两块平面反光镜，可进行“光的反射”等多组不同的实验。

“光和影”实验装置具有使用的广泛性，能满足这一单元多课不同的实验要求。

八、创新价值

采用我自制的“光和影”装置实验，按照由易到难、由简到繁进行设计，可先观察演示实验，再观察、测量影子的影长，最后观察、测量影子的长和宽，根据测得的数据画出遮挡物侧面的形状和影子的形状。通过实验、观察、测量、画图、归纳总结，得出实验结论。用这个“光和影”装置实验，通过精心设计实验过程，实验衔接巧妙自然，可用最少的时间完成实验探究过程，实验前后连贯，一气呵成。

（编辑巧克力）