尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí) 還原事實(shí)本真
——對(duì)一光學(xué)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)疑、辨析及改進(jìn)

譚慶仁

(鎮(zhèn)江市教育局教研室,江蘇 鎮(zhèn)江 212008)

尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)還原事實(shí)本真
——對(duì)一光學(xué)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)疑、辨析及改進(jìn)

譚慶仁

(鎮(zhèn)江市教育局教研室,江蘇 鎮(zhèn)江 212008)

在蘇科版8年級(jí)上“光的折射”一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中,在說(shuō)明“光從空氣垂直射入水中時(shí),折射角等于0”這一折射特點(diǎn)時(shí),教師們常采用 “用激光筆垂直照射水面”這樣的實(shí)驗(yàn).筆者認(rèn)為教師在處理此實(shí)驗(yàn)時(shí)的做法值得商榷.現(xiàn)質(zhì)疑和辨析如下,并提出改進(jìn)措施.

1 案例

在講臺(tái)上事先放置一個(gè)長(zhǎng)方體的水槽,水槽內(nèi)盛有一些水,教師在水槽內(nèi)滴了幾滴牛奶,在水面上方噴了一些煙,然后用激光筆發(fā)出的光垂直入射水面,讓學(xué)生進(jìn)行觀察.

教師:“同學(xué)們你們看到了什么?”

學(xué)生:“看到一束光線從煙霧中射到水中.”

教師:“煙霧中的光線和水中的光線是不是在一條豎直線上?”

坐在講臺(tái)正對(duì)面的學(xué)生立即回答到:“是”，如圖1所示.

圖1

教師非常高興地說(shuō):“很好”.

接著又問兩邊的學(xué)生： “你們看到的也是在一條直線上嗎”.

一陣寂靜后,有些學(xué)生膽怯地說(shuō):“好像不完全是,有些偏差”，如圖2所示.

圖2

教師見狀,忙不迭地補(bǔ)充說(shuō):“是的,兩邊觀察可能會(huì)有誤差.”

圖3

于是教師就在課件上呈現(xiàn)圖3,從而得到了“光在垂直水面入射時(shí),入射光線和折射光線在一條直線上,即折射角為0”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

2 質(zhì)疑

坐在講臺(tái)正對(duì)面的學(xué)生所觀察到的入射光線和折射光線就真的在一條豎直線上嗎?兩邊的學(xué)生所看到的 “兩條光線不在一條豎直線上”的現(xiàn)象,就真的是由觀察的誤差造成的嗎?答案是否定的.

3 辨析

圖4

舉例:如圖4所示,人在水面右上方看水中的物體S時(shí),他所看到的虛像S′應(yīng)在S的偏右上方位置.若不是看水中的物點(diǎn)S,而是看水中垂直于紙面的線狀物體AB時(shí),將看到什么樣的景象呢?我們將看到如圖5所示的景象,其俯視圖如圖6所示,很明顯,AB和A′B′發(fā)生了錯(cuò)位.

圖5

圖7

結(jié)論:在本實(shí)驗(yàn)中,我們所看到的折射光線都不是入射光線AO的折射光線,而是它的折射光線經(jīng)水槽中的水和水槽玻璃壁折射后所形成的光線.

(1) 坐在講臺(tái)正對(duì)面的學(xué)生看到的折射光線O′B′不是折射光線OB,而是折射光線OB經(jīng)水和水槽壁所成的虛像,如圖7所示,只不過在正對(duì)面觀察時(shí),在觀察的方向上,O'B'正好擋在OB前面,這樣看起來(lái),AO與O′B′在一條直線上.

(2) 坐在講臺(tái)兩邊的學(xué)生看得比較分明,看到的折射光線O′B′和折射光線OB錯(cuò)開了,如圖8、9所示.從而出現(xiàn)了圖2所示觀察到的現(xiàn)象.所以,這一現(xiàn)象并不是什么觀察誤差造成的,而是學(xué)生觀察到的真實(shí)現(xiàn)象.

圖8

4 改進(jìn)

如何讓此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更逼近我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)論?我們可以作如下處理.

(1) 先用激光筆在圖10所示位置垂直照射,此時(shí)坐在兩邊的學(xué)生所觀察到的折射光線與實(shí)際折射光線是平行而且偏離的.

圖10

(2) 如圖11所示,將激光筆保持垂直照射水面且慢慢向水槽壁EF移動(dòng),此時(shí)學(xué)生所觀察到的兩條折射光線的偏離度將逐漸減小(說(shuō)明兩條光線發(fā)生偏離是由其他因素造成的——水和水槽壁的影響).

(3) 得到結(jié)論:激光筆越靠近水槽壁EF,兩條折射光線的偏離度越小.

(4) 進(jìn)行理論推理:如果沒有水和水槽壁的折射影響,我們所看到的兩條折射光線將怎樣?

(5) 留給學(xué)生思考空間:造成這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因是什么?鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行思考和分析,先不要急于告訴學(xué)生答案.

通過上述的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)探究和理論推理,提升了學(xué)生對(duì)物理模型的抽象和思辨能力,培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力,更體現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的“從現(xiàn)象中來(lái),再回到現(xiàn)象中去”的教學(xué)策略.在講解光的折射在“叉魚”現(xiàn)象中應(yīng)用時(shí),人在岸上所看到的水中魚的位置與實(shí)際位置的關(guān)系與本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生原理是相同的,起到了相呼應(yīng)的作用.

2017-08-06)