光的反射定律演示儀的改進-利用學科的整合來優(yōu)化實驗

光的反射定律演示儀的改進

——利用學科的整合來優(yōu)化實驗

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

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上冊《物理》第四章的內(nèi)容，是在學習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，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)教育階段光學中重點的實驗，該探究實驗的成功與否對學生學好光學知識有至關(guān)重要的作用。教材中把一個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，經(jīng)平面鏡的反射，沿另一個方向射出，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。學生在做該分組實驗時必須要謹慎，嚴格畫線，稍有不慎，實驗誤差太大，無法得出正確結(jié)論。況且，探究過程時間很長，對實驗要求很高。對于書本上的實驗中存在不足，本演示器材做了一下修改：

在鐵架臺上豎直固定一鐵桿，在鐵架臺底座上放一量角器，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動。即鐵桿成為菱形的一對角線，永遠平分菱形的一對角。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，無論怎樣運動鐵環(huán)，紅光永遠照在下面兩鐵條上。

若能將該演示儀器運用到物理學生分組實驗教學當中可以激發(fā)了學生學習的興趣，提高實驗的實效性。

圖2

一、演示儀的特點

（1）光的反射定律演示儀能動態(tài)的演示光的反射定律，更進一步探究了光反射特點。

（2）學科之間知識的遷移，加深對物理現(xiàn)象的理解。運用數(shù)學中知識菱形性質(zhì)驗證物理中光的反射現(xiàn)象及規(guī)律。

(3)利用平面圖形知識，讓學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、制作簡單，能極大地提高學生學習的積極性，對解決光的反射知識起到積極的作用，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，演示實驗現(xiàn)象明顯，實驗效果好，能直觀的演示出光的反射特點。

二、教具的結(jié)構(gòu)

光的反射定律演示儀(見圖3)，由鐵架臺、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動。組成了光的反射定律演示儀。

圖3三、實驗的操作

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。緩慢移動菱形上頂角的套環(huán)，使其沿著鐵桿上下運動，光線始終經(jīng)過菱形下面兩條邊。兩邊移動到不同的位置，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、實驗效果

利用光的反射定律演示儀進行演示實驗，有助于學生理解光的反射定律，且便于觀察實驗現(xiàn)象。學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，提高學生學習的積極性。效果明顯：

（1）學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）學生直觀地理解入射角與反射角的關(guān)系。

（3）能幫助學生解決一些習題中的難點。

該實驗無論是用數(shù)學證明法，還是實驗，都能得到兩角相等。對實驗教學有很大的幫助，從而提高實驗的實效性。五、該實驗完善的設(shè)想

如果將紅光改為動態(tài)的彩燈帶，模擬探究光的反射實驗。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。在動態(tài)演示的過程中，效果更加明顯，不會受環(huán)境中光線明暗的影響，給學生帶來好奇感，有助于提高學生學習、探究實驗的興趣，培養(yǎng)學習的主動性。

六、

結(jié)束語

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