進激光器整合初中光學實驗

丁振武 張洪明

初中物理光現象為學生打開了五彩繽紛的光世界大門，其中包括光的直線傳播、光的反射和光的折射現象.在實際教學中，教師運用如圖1所示的儀器進行探究實驗教學，效果并不理想.該儀器優點是可以清晰呈現光的傳播路徑，也可以發出平行光，結論精確，但該儀器結構復雜、線狀平行光的調節上難度較大，光路也較固化，使用時要輕拿輕放，而且攜帶不便價格比較貴.基于以上的原因，筆者設計如圖2所示的激光器，并與學校已有的光學儀器結合使用，完成初中光學部分實驗.

1激光器

1.1器材

電壓為3 V的電源、二極管五個及對應的五個控制開關，細玻璃棒一根.

1.2優點

（1）二極管發光通過細玻璃棒，使原本發出的激光點轉變成了線狀的光線，這樣不受物體表面的凸凹程度影響，可以清晰地觀察到光在平面上的傳播路徑，實驗效果極佳.

（2）可發出最多五條平行光，教學中可根據需要選擇.

（3）背面貼有磁鐵，可以吸在黑板上，易于實驗控制和操作.

（4）能配合學校已有光學元件使用，節約資源.

1.3用途

在教學中，可用于光的直線傳播演示、光的反射（鏡面反射和漫反射）演示、光的折射演示、潛望鏡的光路演示、凸面鏡和凹面鏡對光線的作用演示、三棱鏡的折射演示、凸透鏡和凹透鏡對光線的作用演示、眼睛的視力矯正演示、全反射現象演示.

2實驗教學例舉

2.1演示光的直線傳播現象

將激光器吸在黑板上或放在其他平面上，清晰呈現光在空氣中沿直線傳播.再讓激光射入玻璃中和水中（借助塑料板見圖3），說明光在其他均勻介質中也是沿直線傳播的.

2.2演示光的反射現象.

（1）演示“三線共面”，在此問題上，筆者認為應先驗證反射光線和入射光線共面.先讓兩條光線呈現在演示器上（圖4），反射光線呈現在左右兩個板上，然后將右側板向后折，看不到此板上的反射光線，而入射光線和部分反射光線應呈現在左側板上，由此更能說明反射光線和入射光線具有共面性.為了便于研究問題，在此面上引入了法線，所以說“三線共面”.

初中物理光現象為學生打開了五彩繽紛的光世界大門，其中包括光的直線傳播、光的反射和光的折射現象.在實際教學中，教師運用如圖1所示的儀器進行探究實驗教學，效果并不理想.該儀器優點是可以清晰呈現光的傳播路徑，也可以發出平行光，結論精確，但該儀器結構復雜、線狀平行光的調節上難度較大，光路也較固化，使用時要輕拿輕放，而且攜帶不便價格比較貴.基于以上的原因，筆者設計如圖2所示的激光器，并與學校已有的光學儀器結合使用，完成初中光學部分實驗.

（2）演示“兩角相等”，可借助此演示器直接讀出角度大小（見圖5），也可以在黑板上畫出三條線再用量角器量出角度大小.

（3）演示“光路可逆性”，在白紙上演示可增強光路的可視性 （見圖6）.先確定兩條光線的位置，然后沿反射光線入射發現光線從原來的入射光線射出，得出光的反射現象中光路具有可逆性.

（4）演示“鏡面反射”和“漫反射”，（見圖7）使光路真實顯現，有助學生深入理解兩種反射的區別.

2.3演示光的折射現象

（1）演示“三線共面”，先驗證折射光線和入射光學共面.讓半圓形的玻璃磚吸在演示器上，光經過玻璃磚后傳播方向發生改變，讓折射光線呈現在左右兩塊板上，將右側板向后折未見得折射光線（圖8），說明 “兩線共面”.法線也是作為輔助線出現在此面上的，所以光的折射中“三線共面”.

（2）演示“兩角”的大小關系.由于初中光學不要求“兩角”大小的定量關系，所以只需研究光從一種介質到另一種介質時，折射角與入射角的定性關系.以光從空氣（或玻璃）到玻璃（或空氣）折射現象為例（見圖9），探究“兩角”的大小關系.通過實驗現象也可得出，在發生光的折射時也發生光的反射現象.

（3）演示“光路可逆性”，與研究光的反射中光路可逆性相似.

2.4透鏡對光線的作用和視力的矯正

（1）探究透鏡對光線的作用.通過如圖10的直觀演示，學生可輕松得出凸透鏡對光線的會聚作用和凹透鏡對光線的發散作用，通過光路圖可以確定透鏡的焦點和焦距.再讓激光從其中的一條折射光線入射，光線沿原入射光線射出，說明光路的可逆性.讓激光從其它角度射入透鏡的光心，光線不偏折，生動直觀地演示透鏡作圖時需要的三條特殊光線，對學生完成透鏡作圖問題有非常大的幫助.

（2）視力的矯正.眼睛與照相機的關鍵區別是：眼睛的晶狀體曲率可以調節，即晶狀體的焦距可變.通過圖11的實驗，不僅能說明凸透鏡凸度越大對光的折射能力越強，焦距越短，還能得出近視眼的眼球缺陷原因及矯正方法.通過圖12的實驗得出遠視眼的眼球缺陷原因及矯正方法.

3課外拓展實驗

（1）凸面鏡和凹面鏡對光線的作用（見圖13）.

（2）全反射現象（見圖14）.

（3）光線經過兩邊平行的玻璃磚時的折射現象（見圖15）.