光的折射现象的模拟演示器江苏省姜堰市里华初级中学刘文武（225516）手机：15952604613实验设计思路：在以往的光的折射实验中，由于实验条件的限制，折射光线的亮度往往很弱，实验时间也比较短促，学生很难清楚、从容地进行观察，导致他们对折射现象的记忆比较模糊、肤浅，进而也影响他们对光的折射规律的探究、归纳、理解和应用。为了克服这一难点，我们在教学中采取了两个措施：一是对原来的光的折射实验做了一些改进，如选用大功率的手电筒或激光棒做光源，在水面上散布烟雾、在水中滴一点牛奶，等等，以增强实验现象的可见度；二是专门制作了光的折射现象的模拟演示器。该仪器以光的折射规律为理论指导、借助机械控制手段实现了对光的折射现象的机械模拟。教师只要用手指抓住仪器背面的螺栓在一定的轨道运动，就能带动面板上两根铁条（分别代表入射光线和折射光线）随之运动，从而直观清晰地再现了真实的光的折射现象，使学生能方便、从容地观察折射现象；并且，仪器面板上绘制的空气与水的分界面、法线、角度分割线等图案，也能帮助学生进行观察分析、自主探究并归纳总结出光的折射规律，为学生从对物理现象的感性认识到对物理规律的理性知识的思维跨跃提供了自然的过渡和有效的铺垫。实验目的：准确模拟光的折射现象，帮助学生形成清晰的记忆表象，促进学生对光的折射规律的探究和理解。实验装置图：正面1正面2正面3背面实验内容所涉及的科学原理：１、光的折射规律①光从空气中斜射入水中时，设入射角为∠i，折射角为∠r，则Sin∠i/Sin∠r＝4/3。②光从空气中垂直射入水中时，光的传播方向不变。２、机械控制的原理RÊÖ¶¯µã"RÊÖ¶¯µã'Q´Ó¶¯µã'P´Ó¶¯µã'Q´Ó¶¯µãO¶¨µãAB·Ö½çÃæM·¨ÏßNP´Ó¶¯µãRÊÖ¶¯µã上图中，PO代表入射光线，OQ代表折射光线，对应于仪器的面板上的两根漆成红色的铁条；RP、RQ是带动PO、OQ运动的两根铁条，位于仪器面板和背面之间的夹层内，R是仪器背面的手动螺栓，只能沿着背面木板上的固定的弧形轨道运动。要准确地模拟光的折射现象，关键就是要做到当R移动到轨道上任意位置时，都保证入射角和折射角满足关系：Sin∠POM/Sin∠QON=4/3，所以如何确定R的运行轨道是制作这个模拟器的难点。为此，我们是这么做的：先将PO旋转到某一位置，量出此时的入射角∠POM的度数，然后根据关系式Sin∠POM/Sin∠QON=4/3计算出∠QON的度数，就可以确定OQ的位置，这样就能定下R的一个位置；再将PO旋转到另一位置，重复上述做法，就能定下R的第二个位置；反复以上的操作，得到５～８个R的位置后，把这些点用平滑的曲线连接起来，就成功确定了R的运行轨道了。确定手动点的轨道的全过程可以参考一下我们用《几何画板》软件制作的一个动画：光的折射.gsp实验器材制作所用材料：木板、铁条、螺丝螺栓、油漆、毛笔、钉子、锯子、扳子实验器材操作步骤：１、把模拟器水平放在讲台上，用手指转动仪器背面的螺栓到最高点，可以模拟出光线从空气中垂直入射到水中时传播方向不变的现象。２、将螺栓转到其它位置上，可以模拟出光线从空气中斜射向水中时传播方向发生偏折的现象，提醒学生注意观察两条光线与法线间的偏离情况。３、连续转动螺栓，可以模拟出折射光线随着入射光线的改变而不断改变的动态过程。４、改变模拟器在讲台上的放置角度，重复上述实验步骤，让学生观察分界面不在水平方向上时的光的折射现象。实验效果：该仪器自2003年投入教学以来，先后在我校初二和初三年级共24个班级中使用过。口头调查和试卷分析的情况表明，学生普遍反映对光的折射现象“看得清、记得牢”，而且对光的折射规律的理解和表述也比较准确，特别是在光的折射现象的作图题和应用光的折射规律解释实际问题的考查中，准确率较以前有比较明显的提高。需要说明的问题：1、该模拟演示器的使用时机应安排在真实的光的折射实验之后，以便帮助学生形成清晰的记忆表象，促进其对光的折射规律的探究和理解。教师决不能用它来取代真实的光的折射实验，也不能因此而忽略对光的折射实验的重视和改进。2、这套模拟装置看上去有点土气，显然不如大屏幕投影仪显示...
