“光的折射探究實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)設(shè)計(jì)

劉 虹

通過(guò)課堂教學(xué)活動(dòng)使學(xué)生形成獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)的能力；具有科學(xué)精神、形成科學(xué)態(tài)度、學(xué)會(huì)科學(xué)方法；發(fā)展創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、逐步形成適應(yīng)社會(huì)需要的能夠進(jìn)行終身學(xué)習(xí)的能力。在課堂教學(xué)中開(kāi)展探究活動(dòng)，并讓學(xué)生積極參與是培養(yǎng)學(xué)生能力的一種有效方式。筆者就人教版高中物理《光的折射》的教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1、設(shè)計(jì)思想

由教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生參與擬定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟，在課堂上通過(guò)學(xué)生自己的實(shí)驗(yàn)、觀察、分析、討論、總結(jié)等一系列活動(dòng)，觀察物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律。問(wèn)題是整堂課教學(xué)的主線，學(xué)生是探究活動(dòng)的主體，教師起著組織者、參與者和指導(dǎo)者的作用。

通過(guò)“問(wèn)題→猜想→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案→動(dòng)手實(shí)驗(yàn)探究→總結(jié)規(guī)律”的科學(xué)探究方法，以對(duì)問(wèn)題的探究和解決來(lái)激發(fā)學(xué)生的求知欲、創(chuàng)造欲和主體意識(shí)。這種教學(xué)方式能夠極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2、教學(xué)過(guò)程

2.1復(fù)習(xí)

師：光是沿著怎樣的路徑傳播的?

請(qǐng)同學(xué)們觀察以下實(shí)驗(yàn)：激光在空氣中(可在空中噴一些煙霧)、在透明玻璃磚里、在水中的傳播情況。

生：光是沿著直線傳播的。

師：光在空氣、玻璃磚、水這樣的均勻介質(zhì)中是沿著直線傳播的。

2.2創(chuàng)設(shè)問(wèn)題

師：當(dāng)光傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么情況?

請(qǐng)同學(xué)們觀察幾個(gè)現(xiàn)象：

(1)教師出示水槽，把用防火透明膠紙密封好的激光電筒置于槽底，使電筒發(fā)出的激光在空氣中直接斜射到豎直墻面上形成一小光斑。慢慢往水槽中加入適量的水，讓學(xué)生觀察墻面上的光斑有什么變化。

(2)取黑色木棒斜放入未盛水的水槽中，讓學(xué)生看是直的。然后慢慢加入適量的水，再讓學(xué)生觀察木棒有什么變化。

師：看到了什么現(xiàn)象?

生：光斑在墻上隨著槽中水深度的增加而移動(dòng)；加入水后木棒好像在水面處折斷了。

(3)請(qǐng)自愿參與活動(dòng)的同學(xué)站在玻璃水槽的一側(cè)，從水面上迅速地刺固定在水槽內(nèi)壁上的小氣球，刺中為贏。教師引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：若叉子瞄準(zhǔn)的是眼睛看到的氣球的位置，是刺不到氣球的；只有當(dāng)叉子瞄準(zhǔn)的方向略低于眼睛看到的位置，才可能成功。

師：是什么欺騙了我們的眼睛?今天我們來(lái)進(jìn)一步研究、學(xué)習(xí)光的傳播的規(guī)律。以便今后，同學(xué)們就能理解以上現(xiàn)象了。

觀察光在水面發(fā)生折射的現(xiàn)象：

教師演示，激光從空氣中斜射入熱水中(在熱水中滴了幾滴牛奶)，讓學(xué)生觀察到：光從空氣中斜射入水中時(shí)，傳播方向發(fā)生了偏折，在水面處還發(fā)生了反射。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，再次強(qiáng)化學(xué)生對(duì)光的折射現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)，面對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，建立物理模型，結(jié)合初中學(xué)過(guò)的光的反射，介紹入射光線、折射光線、法線、入射角、折射角等概念，為折射定律的探究打下基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)探究：

教師介紹探究所需實(shí)驗(yàn)器材，包括激光器、半圓形玻璃磚、帶有量角器的背板等，著重通過(guò)實(shí)驗(yàn)介紹光線經(jīng)過(guò)半圓形玻璃磚的特點(diǎn)。如圖1所示。

師：當(dāng)光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時(shí)，什么是入射光線、折射光線與法線?它們的位置關(guān)系如何?

生：通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，得出三條線的位置關(guān)系：入射光線、折射光線與法線在同一平面內(nèi)，入射光線與折射光線分居法線兩側(cè)。

師：當(dāng)光從空氣中垂直射人半圓形玻璃磚的平面時(shí)，入射角與折射角各為多大?

生：折射光線的傳播方向不變，即入射角與折射角都為0°。

師；當(dāng)光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時(shí)，入射角逐漸增大，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

學(xué)生歸納總結(jié)出入射角i和折射角r之間的關(guān)系：

①當(dāng)光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時(shí)，折射角小于入射角；

②折射角隨著入射角的增大而增大，隨著入射角的減小而減小。

師：折射角與入射角之間到底存在什么樣的定量關(guān)系?

(多媒體模擬演示實(shí)驗(yàn))改變光的入射方向，記錄每次變化的入射角與折射角的數(shù)據(jù)。課堂討論，讓學(xué)生充分發(fā)揮想象，提出猜想，再通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，找出規(guī)律。

在學(xué)生討論的過(guò)程中，教師可以適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)：

折射角與入射角成正比嗎?折射角的平方與入射角的平方成正比嗎?入射角與折射角之差是定值嗎?它們之間的規(guī)律看來(lái)好象是不容易發(fā)現(xiàn)的。

教師對(duì)學(xué)生的討論作總結(jié)，并說(shuō)明最終在1621年，由荷蘭數(shù)學(xué)家斯涅耳分析了大量的數(shù)據(jù)后，成功找到了兩者的關(guān)系，即折射角的正弦與入射角的正弦成正比。

很多學(xué)生容易認(rèn)為只要發(fā)生光的折射，其折射角一定小于入射角。教師可以通過(guò)光路可逆實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生提高辨別能力。糾正學(xué)生的錯(cuò)誤想法。

師：當(dāng)光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面時(shí)，會(huì)發(fā)生偏折。如果我們讓光沿著偏折的方向從半圓形玻璃磚射入空氣時(shí)，光會(huì)按照原來(lái)入射的方向射出嗎?

生：推測(cè)、猜想，提出自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，從中選出較為合理的實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)觀察：讓光從空氣中斜射入半圓形玻璃磚的平面，改變?nèi)肷浣牵寣W(xué)生填寫(xiě)下面的表格；

再讓光從半圓形玻璃磚斜射入空氣中，調(diào)整入射方向，使其折射角的大小為第一次實(shí)驗(yàn)的入射角大小，記錄下入射角，讓學(xué)生填寫(xiě)下面的表格：

分析論證：從上面的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)表格中的數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)相同，這說(shuō)明光的折射遵循光路可逆。

師：①現(xiàn)在請(qǐng)大家思考解釋在2.2中提出的3個(gè)物理問(wèn)題(教師可通過(guò)作光路圖來(lái)引導(dǎo)學(xué)生加深理解)

②我們?cè)绯靠匆?jiàn)太陽(yáng)出現(xiàn)在地平線上時(shí)。太陽(yáng)真的在那里嗎?請(qǐng)同學(xué)們想一想，如果地球表面投有大氣層，那么觀察到的日出時(shí)刻比實(shí)際是延后還是提前?

③大家還能用光的折射規(guī)律解釋生活中的一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象嗎?

3、教學(xué)反思

在課堂上，學(xué)生的討論非常活躍，在分析討論過(guò)程中，教師及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)，整堂課問(wèn)題是教學(xué)的主線，學(xué)生的研究活動(dòng)是主體。教師起著組織者、參與者和指導(dǎo)者的作用。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，教師因勢(shì)利導(dǎo)，層層追問(wèn)。引出新的問(wèn)題，引起學(xué)生進(jìn)一步的思考。這個(gè)探究過(guò)程充分體現(xiàn)了科學(xué)探究活動(dòng)的基本要素，學(xué)生獲得了深層次的情感體驗(yàn)，也體會(huì)到科學(xué)家尋找科學(xué)規(guī)律的艱辛。