從“測定玻璃的折射率”看物理教學中的探究活動
2006-12-31 00:00:00陳東梅
物理教學探討 2006年21期
物理是一門以實驗為基礎的學科，因此，實驗教學是物理教學中的一個重要環節。如何在實驗教學過程中進行科學探究，調動學生的積極性，讓他們主動參與、樂于思考、勤于探究，培養其創新能力，是物理教育工作者一直探索的問題。教學中的探究活動并沒有固定的模式，只要課題符合探究的條件，我們就可以隨時進行。比如：“測定玻璃的折射率”實驗教學就是一個科學探究的好課題，我設計的探究活動步驟如下：
首先，教師提出問題，讓學生思考。比如：如何測量一塊平行玻璃磚的折射率?學生已經學過折射定律，知道當一束光線從真空(空氣)射入某一介質時，入射角和折射角的正弦值之比則為該介質的折射率n，即n=sini/sinr。教師此時可讓學生分小組討論，提出各自的想法，根據其回答歸納出其思考程序，擬出可行方案。
如：方案一：將玻璃磚平放在白紙上，用兩條直線段確定其長邊邊界。用一束可見激光射向玻璃磚，光線從玻璃磚的另一個界面射出。標記下入射光線AB，出射光線CD，連接BC，BC即折射光線，標出入射角i，折射角r(如圖1)，測出i，r。利用折射定律n=sini/sinr，即可求出該玻璃的折射率。
方案二：如圖2所示，將玻璃磚平放在白紙上，用兩條直線段確定其長邊邊界。玻璃磚一側插兩個大頭針P1，P2，再拿兩個大頭針從玻璃磚的另一側觀察。若大頭針P3，擋住P1、P2的像，P4擋住P3，P1與P2的像，標記下P1、P2，P3、P4的位置。連接P1P2，P3P4，交邊界于點O1，O2。連接O1O2，O1O2就是折射光線。標出入射角i，折射角r，利用折射
定律n=sini/sinr求出玻璃的折射率。
點評兩套方案設計合理，原理正確，各有特色，但方案二更具有普遍性、安全性。故在實驗中，我們多采用第二套方案“插針法”。
其次，實驗前要求學生仔細思考實驗步驟的合理性，將其加以完善。同時，為了提高學生的文字表達能力，應將實驗步驟記錄下來。要求語言簡練、表述規范、描述清晰。實驗過程中，教師指導學生根據所擬方案進行實驗，記錄數據，分析結果。
再次，實驗結束后，鼓勵學生展示其實驗成果，提出各自在實驗中所發現的問題，并在相互交流的過程中探討出最佳解決方案。在“插針法”實驗中，經過討論，學生們提出了一些實驗中應注意的問題：(1)多次測量，對最終運算結果求取平均值，可減小誤差。(2)大頭針應垂直插在白紙上，兩大頭針間距不易過小。(3)入射角過大，看不到P1P2的像；入射角過小，會增大測量誤差。(4)為保證測量結果的準確性，每次測量時，玻璃磚應放置在同一位置。(5)操作時，應保持玻璃磚的清潔度。學生們在互相探討、交流的過程中相互學習、共同進步，可以有效的提高教學效率。
此外，為了加大課堂容量，提高教學效率，教師可在原有基礎上提出一些綜合性較強的課題。此時，教師應引導學生在原有基礎上找到解決問題的途徑，引發學生知識遷移，做出必要指導。
例如在測玻璃磚的折射率實驗中，如果玻璃磚只有一個平面，如圖3，還能用插針法測它的折射率嗎?
分析與解能。見圖4。仍可用插針法確定出射光線、出射點O2，連接O1O2，O1O2即折射光線，確定入射角，折射角，利用折射定律即可測出該玻璃磚的折射率。
另外，教師可引導學生反思整個教學過程，思考如何解決實際生活中存在的問題，從而將探究活動擴大到課堂之外，延伸到生活之中。
最后，教師可補充一些習題進行鞏固訓練，使學生的思維、技能得到進一步鍛煉和提升。
如：學校開展研究性學習，某研究小組的同學根據所學的光學知識，設計了一測量液體折射率的儀器。如圖5所示，在一個圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF。在半徑OA上，垂直盤面插上兩枚大頭針P1，P2，并保持P1，P2位置不變。每次測量時讓圓盤的下半部分豎直浸入液體中，而且總使得液面與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2。同學們通過計算，預先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值。
(1)若∠AOF=30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所刻折射率的值為________。
(2)圖中P3、P4兩位置哪一處所對應的折射率值大?
解答(1)3;(2)P4。
(欄目編輯趙保鋼)
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