李永伟
交大附中雁塔校区 陕西西安 710061
摘要：
本文源于人教版高中物理3-4光的反射、光的折射和全反射演示实验，利用自制教具，直观呈现光现象，并将实验效果进行放大，创设了更真实的问题情境，使学生对光现象有更清晰、更深刻的理解。
关键词：全反射；效果；创新
正文：
人教版物理选修3-4第十三章第一节《光的反射和折射》光的反射和折射的光路图对实验结果进行描述、笔者翻阅了八年级教材及选修3-4教材都缺失了实验情景，3-4第二节《全反射》演示实验的情景照片进行展示（如图甲、乙所示）”， 按教材提供的实验器材演示，实验现象不易观察，为此，笔者对上述实验进行创新，借助自制教具，放大了实验效果，进行了定性及半定量研究，清晰的呈现了光的反射、折射以及全反射现象，极大增加学生对光现象直观感受。在教具制作过程中，鼓励学生参与其中，培养学生学习的主动性和创新精神。
1、实验器材
如图所示：
①长方体鱼缸 (长cm，宽cm，高cm);
②红绿双色较大功率激光笔；
③鸡蛋一枚，用于制作蛋清胶体；
④香一支
⑤铁架台、试管夹
2、实验准备
① 在鱼缸中注入清水，滴入少量蛋清，制成蛋清胶体，捞出其中絮状物，以能显示清晰的光路为准。
② 将香点燃，往鱼缸里吹入少量香烟，等烟稳定后，显示清晰的光路如图1、图2所示。
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实验过程：
实验一、演示光从空气进入水中入射角和折射角的关系，如图1：垂直入射；图2：小角度入射；图3：大角度入射。
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实验结论：垂直入射，传播方向不变，折射角总小于入射角；折射角随入射角增加哦而增加。同时可以清晰地观察到反射和折射同时发生，随入射角增加，反射角增加，反射光强度减弱，折射光强度增强。
实验二、演示光从水中射向空气折射角与入射角关系。如图4：垂直入射；小角度入射，如图5；大角度入射，如图6.
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实验结论：垂直入射，传播方向不变，折射角总大于入射角，折射角随入射角增加而增加，同时也可以观察到折射反射也同时发生，随入射角增加，反射光亮度减弱，折射光的亮度增加，还可以得出折射光路可逆的结论。
实验三、演示光从水中射向界面的全反射现象。如图7,大角度入射情况下，继续增加入射角，可以观察到，折射角越来大，折射光越来越弱，反射光越来越强，当入射角增加到某一角度时，折射角接近90度，折射光消失，反射光达到最亮，如图7、图8所示。但光从空气进入水中，入射角再大也不能发生该现象，如图9所示
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实验结论：当光从水中射向空气，入射角增至某一值时，折射光消失，入射光全部反射，此时发生了全反射现象；当光从空气射向水中，入射角再大，光也不能发生全反射；
综上所述，可以看出，光从一种介质进入另一种介质，一般都要发生反射和折射，反射和折射是光能的再次分配，分配的比例与入射角有关，只有光从光密介质射向光疏介质时，增加入射角，才会出现折射光消失，只剩下反射光，即发生全反射现象。
3、实验拓展；利用该教具还可演示不能色光的折射差异、全反射临界角关系。
实验四、用两束平行的红、绿激光斜射入水中，如图10；用两束平行的红、绿激光从水中射向空气，如图11；同时增加在水中的入射角，可以看出，绿光折射光先消失，如图12。
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实验结论：以相同的入射角从空气射向水中，绿光折射角更小；以相同的入射角从水射向空气时，绿光的折射角大，即绿光的折射率比红光大；增加从水中射向空气的入射角，绿光的折射光先消失，说明绿光的临界角更小。理论分析：不同色光在同种介质中有不同的折射率，发生全发射也有不同的临界角。
通过以上的半定量探究，是学生不仅从几何角度理解了光的折射和全反射现象，还从能量的角度理解了反射和折射还是一种光能重新分配的方式，规律来自于实践，又高于实践的哲学思维渗透到实验过程中。通过实验探究，得出规律的过程，也是培养学生核心素养中的过程，学生获取和处理信息的能力、基于证据得出结论并作出解释的能力得到了充分提升。
本实验用直观放大的实验现象呈现全反射更有说服力，为学生积累必要的感性认识提供了必要的素材，具有很强的视觉冲击力，时隔一年，在高三复习中，笔者发现，学生对这节课的现象和解释记忆深刻，理解到位，为折射色散的学习积累了感官资源，为唤醒几何光学的应用储备了知识，极易在处理几何光学问题中达到共鸣。
在《普通高中物理课程标准》中，这样提到：物理学基于观察与实验，构建物理模型，作为物理教师，有义务也有责任为学生提供观察和实验的平台，挖掘教材，创新实验，引导学生经历科学探究的过程，体会科学研究的方法，养成科学思维习惯认识科学的本质。
参考文献
［1］人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心，普通高中课程标准实验教科书物理3-4选修教师教学用书［M］北京：人民教育出版社，2013.4
［2］人民教育出版社，中华人民共和国教育部，普通高中课程标准2017版，2020年修订
作者简介：姓名：李永伟(男，1975.8.30，汉族，陕西西安，中教高级）
工作单位：陕西省西安交大附中雁塔校区