简易光学演示仪的制作及演示

小学科学教材中讲解光的直线传播、光的反射及其应用，用文字和许多图片来说明，学生读了之后觉得现象不直接，所以也不容易理解。笔者制作的“简易光学演示仪”，操作简单，使用方便快捷，可视性强，可以直接演示小学科学教材中光的直线传播、光的反射、光的折射及其应用等内容。

1问题的提出

小学科学课程中讲解光的直线传播、光的反射、光的折射及其应用，用文字和许多图片来说明，学生读了之后觉得现象不直接。教师课堂演示时，用空气清新剂透视光线，而清新剂易形成液滴，影响光线传播，且实验时间短，观察难持久，学生观察效果不好。结果是教师讲实验，学生读书本、看图片，对知识理解不透彻。可不可以直接地、较长时间地、清楚地看见光的传播路线呢？如果能，光的直线传播、光的反射、光的折射现象不就一目了然了吗！为此，笔者产生了自制光学演示仪帮助学生学习的想法。

2简易光学演示仪制作

2.1思路

如何才能看见光的传播路线？用什么做光源？在哪找的到如凸面镜、凹面镜、凸透镜等东西？这些是制作简易光学演示仪最先要解决的问题。

光遇到小颗粒物体，会发生散射，光散射到四面八方，我们就可以看到光的传播路线（下面简称光路）。按这个道理，笔者用茶水、油、加牛奶的水、洗衣粉水等做了一些实验，最后选择用加了朱红色水粉颜料的水和熏了烟的空气，因为它们显示光的传播路线最清晰。

大多数学校门口玩具摊买的玩具激光电筒（也叫激光笔）可以做光源。

凸面镜、凹面镜可以在商店买到，还可以用光亮的不锈钢汤勺代替，也可以用铝箔和罐头盒制作。凸透镜用放大镜就可以了。

2.2所用材料

所用材料如图1所示。2块平面镜、1个凹面镜、1个凸面镜（凹面镜、凸面镜可用光亮的不锈钢汤勺代替）、1个凸透镜、2～3只简易激光笔、1个带盖的透光性好的矩形水箱（如鱼缸、保鲜盒、储物箱等）、朱红色水粉颜料、香烟或1段蚊烟香。有条件可选择备1块半圆形玻璃砖。另外，准备1块硬纸板做水槽底板，1张黑卡纸作水槽背板，胶带，2个量角器等。

2.3制作方法

（1）用1张反光差的纸板画上标记放在水箱底部外，作放置各种镜子的位置标记。

（2）在水箱正面（面向观众的一面）用透明胶带粘上一个正放的量角器，相对的另一面（背面）粘上贴了平直白条胶带的黑色卡纸。水箱一个侧面粘上一个倒放的量角器。

（3）在箱盖上粘一个挂钩用来挂蚊烟香。

（4）在箱内加上朱红色水粉颜料和水，搅拌均匀。

（5）各种镜子只要按照需要直接摆放即可。

（6）激光笔可用手拿着，这样方便改变位置和方向。如果需要稳定的光路，也可以做一个支架固定。各种镜子不需要作固定安装，直接摆放在桌面上，演示时，按需要用即可。不做演示时，水槽变成了箱子，用于放置所有材料。

3演示仪的功能和特点

3.1演示仪的功能

演示仪可完成如下演示。

（1）光在均匀介质中沿直线传播。

（2）平行光。

（3）光的反射、光的折射现象。

（4）反射光线、折射光线的方向随入射光线入射角改变而改变。

（5）潜望镜原理。

（6）光在不同物质分界面上的全反射现象。

（7）凸透镜（凹面镜）使平行光线会聚现象。

（8）凸面镜使平行光线散射现象。

3.2演示仪的特点

（1）结构简单，便于操作，学生也可制作。

（2）演示清晰，效果逼真。

（3）观察持久，而且每个实验可重复操作。

（4）演示仪造价低廉，约10元钱就可以制作完成。

4演示效果

4.1观察光的传播路线的材料选取实验

选择可以清晰看见光路的材料：实验中笔者发现用烟雾、食用精炼油、盐水、茶水、洗衣粉水、滴入1～2滴红墨水或者别的红色颜料的水、加了牛奶的水等作为物质都可以观察到清晰的光路。笔者实验后发现，在这些物质中淡红色的水和有烟雾的空气效果最好，如图2所示。

4.2光的直线传播、反射、折射及应用等演示

为了检验“简易光学演示仪”实验效果，对选取的平面镜、凸面镜、凹面镜、凸透镜等光学元件，对光的直线传播、反射、折射及应用等，分别作实验观察。

4.2.1光的直线传播

小学5年级科学课教材上册中采用如图3所示的图片讲解、验证光的直线传播实验，学生需要自己想象一条由圆孔连成的“直线”。用演示仪，借助背板上画好的直线，学生可以直接看到光的直线传播，如图4所示。

4.2.2平面镜反射现象

演示仪水箱底放1块平面镜，可以演示光在平面镜上的反射。借助半圆规尺，还可观察入射光和反射光的位置关系。如图5所示为平面镜

4.2.3平面镜反射的应用――潜望镜

小学5年级科学课教材上册给的潜望镜图片（见图6-1）和对学生学习的要求（见图6-2）。

潜望镜原理的直接演示：用两块平面镜，镜面相对，隔开一段距离，与水平线45°角平行放好。光水平入射，就可直接观察到图6-2中所示的光路。

4.2.4凹面镜对平行光的反射――会聚现象

教材给了凹面镜对平行光的反射――会聚现象的原理图和实际应用情况图片（太阳灶和奥运圣火火种采集）。图7是笔者用家里汤勺的凹面和两只激光电筒，演示出的凹面镜对平行光的会聚现象。

4.2.5凸面镜对平行光的散射现象

教材给了凸面镜对平行光的散射实际应用情况图片，如图8所示及学生作业要求（画光路）。

为了直接观察凸面镜对平行光的散射作用，笔者用家里汤勺的凸面和两只激光电筒，演示凸面镜对平行光的散射现象，如图9所示。

4.2.6凸透镜对平行光的会聚现象

教材给了凸透镜对平行光会聚现象原理图和应用情况图片（可用于取火），用平常家用的放大镜就可以完成演示。图10、11分别给出了透镜在空气和水中对平行光的会聚现象。

4.2.7反射、折射及全反射现象演示

演示仪内，上部分空气中熏了一些烟，下部分是加了颜料的水，可以直接观察到光在空气和水的分界面上，发生的反射和折射现象，如图12所示。

在水中放一块半圆形玻砖，可直接观察玻璃和水的分界面上发生的反射和折射现象。如果让一部分入射光不进入半圆形玻砖，就能清晰地显示折射光对入射光的偏转方向，如图14所示。

以上的测试结果说明，“简易光学演示仪”的演示效果良好，演示出了教材中有关光的部分内容。