依據全反射棱鏡功能自制“變臉魔術”教具

聶劍軍 謝明生

(江西省宜春一中 江西 宜春 336000)

2013年4月舉行的江西省第七屆中學物理教學改革創新大賽中，筆者執教的“全反射”獲一等獎并代表江西省參加8月在寧夏銀川舉行的全國大賽.本課的創新實驗“變臉魔術”及其教學效果最吸引評委的眼球，現作一介紹，以饗讀者.

1 設計

關于全反射棱鏡，新課程各版本教材以及歷屆教材中設計的實驗不多，這就使得學生對全反射棱鏡及其應用的認識不夠，印象不深.為此，筆者在本課中設計了一個“變臉魔術”實驗.學生興致盎然地觀看魔術，動腦、動手地揭秘魔術，不知不覺地加深了對全反射棱鏡的認識.

2 原理

如圖1，透明有機玻璃制成的立方體容器，被兩塊有機玻璃沿對角線隔成兩等腰直角三角形，平面鏡平行隔板放置.當兩容器盛水而隔層不盛水時形成兩等腰直角形截面的棱鏡，即全反射棱鏡.在觀看位置的對面貼上藍臉，側面貼上紅臉時，紅臉經左棱鏡全反射出現在觀看位置的左側，藍臉經右棱鏡全反射又經平面鏡反射出現在觀看位置的右側.

圖1

當隔層也盛水時，就不形成全反射棱鏡，藍臉經水、有機玻璃折射后直接被看到而出現在左側，紅臉經水、有機玻璃折射，經平面鏡反射被看到出現在右側，如圖2所示.這樣，觀看位置的左側由紅臉變成藍臉，右側由藍臉變成紅臉.當隔層間的水通過下方的注射器緩慢注入時，以上變臉是個漸變過程，非常生動有趣，具有魔術般的效果.

圖2

3 制作

選取3 mm厚的透明有機玻璃(太薄隔板易變形，太厚沒有必要)按如圖3和圖4的尺寸切割、粘合.粘合時一定要保證45°和90°角的精準，否則影響實驗效果.如圖4所示，容器底部安裝兩50 ml的一次性注射器；如圖3所示，隔層底部打兩小孔；通過軟管連接小孔與注射器.選取兩合適大小的胸牌，剛好能插入或拔出藍、紅臉為宜，把胸牌用雙面膠粘貼在觀看位置的對面和側面，制作完成.

圖3

圖4

4 使用

第一步：注水.在兩等腰直角形截面的容器內注滿水.

第二步：上藍臉.在觀看位置的對面胸牌中插入藍臉.

第三步：上紅臉.在觀看位置的側面胸牌中插入紅臉.

第四步：插卡.將一個不透光的塑料卡片插入隔層之間，發現卡的插入，并未擋住任何圖片臉，隨后拔出卡.

第五步：變臉.見證奇跡的時候，通過下方注射器向隔層注水，隨著隔層水位升高，變臉逐漸進行，當水位相平時，變臉完成.

變臉過程如圖5～7所示.圖5為變臉前，左側為紅臉，右側為藍臉.圖6為變臉中，左側臉譜上部仍為紅色，下部已經變為藍色，右側臉譜則相反.圖7為變臉后，左側變為藍臉，右側為紅臉.

圖5 變臉前

圖6 變臉中

圖7 變臉后