可视化光路实验盒
2018-02-18晁彩文
晁彩文
摘 要：可视化光路实验盒主要解决小学科学，初高中物理实验中光路不可见的难题，采用新型无色透明亚克力板材制成的一个规格为30*15*18cm的带盖方形盒，在其底部设置安装平面镜的卡槽，演示教学时可向盒内充入少量烟雾能完成光的直线传播、光的反射、光的折射、透镜对光的作用、模拟潜望镜等关于光路的实验。
关键词：可视化 光路 实验盒
中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-01
一、研发背景
现有的光路实验盒分为教学演示类实验盒和学生实验类实验盒，教学演示类实验盒结构复杂，体积较大，不方便携带与搬运；学生实验类的实验盒功能多，体积小，但大多是针对高中以上的学生使用的，对于刚接触实验的中小学生来说过于复杂，不适于中小学生的观察与操作。且现有的光学实验仪器对实验环境要求较高（如暗室环境、强光照射等），由于条件限制，目前中小学中配备暗室的学校很少，很多学生在学习光路知识时，在实验中无法看到光路，增加了学生对知识的理解难度。教师在上光学课程时也困难较大，很多老师在设计实验时，为了让光路可见想尽办法，费尽心思，但在实验时效果却不明显。因此，设计一种结构简单，对实验环境要求不高，而且光路清晰可见的光学仪器是中小学实验教师急需解决的问题。
二、结构及优点
为解决可视化实验盒技术上的问题，笔者在设计过程中应用了如下的技术方案：采用新型的透明亚克力板制成一个长宽高分别为30*15*18cm的透明空心带盖盒体，盒体底面内设有三个用于卡接平面镜的卡槽，盒体侧面上还设有三个用于安放激光灯的通光孔。（附图1）
采用以上结构后，可视化实验盒具有如下优点：结构简单，体积较小，通过在卡槽中放置平面镜、在通光孔放置激光灯能够完成光的直线传播、光的反射、光的折射、透镜对光的作用、物体的颜色与吸热、模拟潜望镜等关于光路的实验，适合中小学生进行分组实验的操作。且实验盒利用无色透明亚克力板材组成，即解决了玻璃容器易碎的难题，又轻巧且透光率好，光路清晰可见，仪器便于操作，安全性也提高很多。
三、工作原理
利用蚊香产生的烟雾作媒介，当灯光照射到烟雾时烟雾对光进行漫反射，这样就会从各个方位清晰的看到光经过的路径。
四、教学实施过程
1.光的直线传播：将点燃的蚊香放入
盒体内，盖上盒盖，使盒体内充满烟雾，
用激光灯从盒体的任何一侧面照入，都可
以观察光的传播路径（附图2）。
2.光的反射：在卡槽1上卡接平面镜，
将点燃的蚊香放入盒内，盖上盒盖，使盒
内充满烟雾，用激光灯从盒体侧面的通光
孔以45度角入射，并使光照射到平面镜上，
从盒体正上方观察，就可以看到光的反射
现象。若要研究初中物理中的光的反射定律
可事先在卡槽1的前方紧贴卡槽平放一量角器，操作过程中将入射点恰好放在量角器的圆心处并将90度角所对的线看作是法线，再从正上方观察就可得出光的反射定律（附图3）。
3.光的折射：先在盒体内部倒入
1/2的水，为光路可见可在水中加入
少许的牛奶，将点燃的蚊香从通光孔
处伸入，使盒体中剩下部分充满烟雾，
再用激光灯斜着从上到下照射，就可
看到光的折射现象。若要研究初中物
理中的光的折射定律，只要事先在盒
體的外壁上竖直向下画一条线，且入射点恰好放在竖直线和水面的交点处即可得出光的折射定律（附图4）。
4.透镜对光的作用：先在盒体内
放入凸透镜或凹透镜，并调节透镜使
透镜的中心点和第二个透光孔的中心
在同一条直线上，点燃蚊香放入盒体
内，盖上盒盖，使盒内充满烟雾，再
将三个激光灯打开后卡在三个透光孔
上，从正前方观察就可看到透镜对光
的作用了。实际在这一步中也可放入凸面镜和凹面镜，同样的方法可观察到凸面镜和凹面镜对光的发散作用和会聚作用（附图5）。
5.物体的颜色与吸热实验：在盒体内侧壁上放一张白纸，将点燃的蚊香放入盒体内，盖上盒盖，使盒体内充满烟雾，并用激光灯向白纸照射时可微弱看到被反射的光线（有时是一个很大的光斑），将白纸换成黑纸，看不到反射光线（看到的光斑很小且干净利落），说明白色反射所有光线而黑色吸收所有光线。
6.模拟潜望镜实验：在卡槽1、
卡槽2、卡槽3内分别放置平面镜，
点燃蚊香使盒体内充满烟雾，让一束
光以45度角照射卡槽1或卡槽3中平
面镜，从盒体正上方观察就可看到光
线通过另外两个平面镜反射的路径，可
模拟潜望镜的工作原理（附图6）。
五、改进点
在实验的实施过程中发现在做光的反射实验时，为了得到光的反射定律，入射光贴着量角器入射效果会更好，但由于有一厘米深的卡槽是用亚克力板制成，且刚好挡在平面镜的前方，使反光率降低，一定程度上会影响实验效果，所以笔者想在卡槽1的中间处开一小孔，使入射光能照到平面镜。
可视化光路实验盒巧妙的在大空间中隔离出一个完全通透的小空间，从而使大空间中无法实现的光路实验在小空间中得以呈现，既解决了光路不可见的难题，也降低了教与学的难度。
