3.2 探究光的反射定律

六、教学案例
3.2 探究光的反射定律
◆教学目标
（见本章教学建议第2节）
◆教学思想
《物理课程标准》指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。”本节是一堂比较典型的探究课。整节课尽量利用学生的兴趣和好奇心来推动课堂教学进程，在富有“冲击力”的情境激发之下，学生自主发现问题，并进一步提出猜想，收集证据，分析论证，得出结论，让学生饶有趣味地探究光反射的奥妙，发现光的反射定律。
◆教学重点、难点
（见本章教学建议第2节）
◆教学器材
演示用（1套）：平面镜（约30cm×40cm），铁架台，万向夹，白纸（约40cm×60cm）。
学生分组实验用（每组1套）：激光笔；泡沫塑料块（约30cm×30cm×10cm），织毛衣用的长竹针3根，双面胶纸带；平面镜，竹针（较坚硬），棉线，铁架台，木板（约20cm×20cm），量角器。
◆教学过程
1．找反射光点——提出问题教师将一面大小约为30cm×40cm的平面镜（用铁架台固定），倾斜放置在讲桌上，让各组学生用激光笔照射平面镜，天花板上立时出现了许多晃动的光点，恰似繁星点点。师：你手中的激光笔发出的光，是怎样到达天花板的呢？谁能描述一下这个过程？生：……根据学生的回答，提炼：入射光、反射面、反射光；并点明什么叫光的反射。师：刚才天花板上出现了许多光点，你知道哪个是你照的吗？生：不知道。师：怎样才能知道？生：大家一个一个地照！分别请最左、最右、最前、最后排和中间的同学用激光笔照射平面镜……大家一起寻找反射光点……师：这几次光点的位置一样吗？……目睹此情此景，你有什么想法？能提出哪些问题？（稍停）学生经过片刻思考，提出许多问题，如：为什么反射光点的位置不一样？是不是与照射的角度有关？反射光线与入射光线有什么关系？……根据学生的提问板书：反射光线与入射光线的位置、角度有什么关系？2．借助模型——提出猜想师：反射光线与入射光线有什么关系呢？请大家猜一猜，可以用你桌面上的模型表示出你的猜想。每个小组的桌面上都有一个模型，如图25所示，泡沫塑料的上表面表示反射面，两根竹针（用双面胶粘上箭头表示光的传播方向）分别表示入射光线和反射光线，事先把表示入射光线的竹针插在泡沫塑料上，请学生根据自己的猜想，确定“反射光线”的位置。图25学生分组讨论，思考、想象，猜测反射光线的位置。学生分组活动后全班交流，分别展示自己的模型。学生的猜想是开放的，学生展示的模型，有的“反射光线”与“入射光线”所在的平面与泡沫板的上表面垂直；有的“反射光线”与“入射光线”所在的平面与泡沫板的上表面不垂直；有的反射角和入射角相等；有的反射角和入射角不相等。教师让学生对这些模型仔细观察比较，并说出它们的区别。由于没有法线，学生一时难以用语言描述。这时教师在模型上插一条“辅助线”（竹针）——法线，再借助一块小木板演示，使学生看到：“反射光线”、“入射光线”和“法线”，有的在同一平面内，有的不在同一平面内；有的“反射光线”、“入射光线”跟“法线”的夹角相等，有的不相等。此时学生豁然开窍，教师趁势引入“法线”、“入射角”和“反射角”的概念，学生结合模型很容易说清楚自己的猜想。根据学生的猜想，教师简要归纳：同学们的猜想涉及到两个方面的问题——“三线”的位置关系和“两角”的大小关系。3．用棉线寻找反射光——发现规律师：你们的猜想是否正确？请设计一个实验进行验证。先让学生尝试独立设计实验，不限定实验器材，充分发挥学生的创造性。教师巡视时，对于设计有困难的学生，根据具体情况适当点拔，例如：要探究光的反射遵循的规律，首先要有研究对象，即一个可供研究的反射光路，那么形成一个完整的反射光路，需要哪些器材？怎样把看不见的入射光线和反射光线显示出来？如何比较反射角与入射角的大小关系？对于实验设计比较成功的小组，让他们向全班介绍自己的创意设计，并给予赞扬。学生经历了设计实验的过程后，让他们观察自己桌面上的器材（如图26所示，制作方法见右框说明）。可以先让学生说说该器材的用法，教师简单演示操作要领，并提醒学生：在实验时要多次改变入射光的方向、角度进行实验，为了方便记录入射角和反射角的大小，最好设计一个表格。学生分组实验。两名同学密切合作，进行实验。例如：一名学生用激光笔沿着一根棉线照射——这根棉线非常清晰地显示出入射光线，另一名学生牵着另一根棉线，饶有兴趣地在空间寻找反射光线。当另一根棉线显示出反射光线的位置时，学生喜形于色，体验到发现的乐趣，并用小木板判断反射光线与入射光线和法线是否在同一平面上，用量角器测量入射角和反射角的大小，将数据记入表格。改变入射光线的方向、角度，再做几次。全班集中交流，汇报实验结果。关于“三线”的位置关系，让学生简介实验过程，说出实验结论；关于“两角”的关系，利用实物投影将学生记录的实验数据投在大屏幕上，让学生结合数据分析总结。最后征询其他各组的意见：你们的发现是否都与该结论相同？有没有补充或纠正？有没有新的发现或问题？根据学生的汇报，得出光的反射定律，并用大屏幕逐条投出光的反射定律的内容。（稍停片刻）师（拿起学生猜想时用的模型）：现在你能正确地确定出“反射光线”的位置吗？学生根据光的反射定律，利用量角器，在模型上插上“反射光线”。让一名学生到前台展示，并说明是如何确定出“反射光线”位置的。师（拿起学生插好的模型赞叹）：光的反射对称、和谐、简单——美不美？！4．互看游戏——认识光路可逆师：本节课同学们像科学家一样，首先发现问题，然后通过猜想、实验和分析，得出了光的反射定律，真不简单！现在我们轻松一下，做一个小游戏：请拿起你桌面上的小镜子，当你从镜子中看到同桌眼睛的时候，问一问对方是否也同时看到了你的眼睛？学生做游戏。交流实验结果。（只要甲能从镜中看到乙的眼睛，则乙一定能从镜中看到甲的眼睛）师：各组都是这样吗？看来同学们的这一发现具有规律性。你能根据反射规律通过作图，解释这一现象吗？图27学生根据实验游戏和画图分析，从事实和理论两个方面认识到：反射光路是可逆的。5．阅读自学——理解镜面反射和漫反射师：以上我们所做的实验，都是用平面镜作反射面，若换用其他物体，效果怎么样？教师把本节课引入时所用的平面镜放回到讲桌上，在镜面上搭一张白纸，让各组学生用激光笔照射白纸。学生下意识地看天花板，但没有发现反射光点。师：有什么疑问？生：光照到白纸上反射吗？学生立即分成了“两派”，激烈争辩。一派认为：光照到白纸上不发生反射；另一派认为：既然在座的每个人都看到了白纸上的红点，说明有反射光线进入每个人的眼睛。面对学生的争论，教师不置可否。让学生自己查阅资料（教材），在教材中寻找答案。学生自学教材后，解释上面的实验现象。然后教师用多媒体动画说明：镜面反射和漫反射的每一条光线都遵循光的反射定律。大屏幕播放录像资料：关于镜面反射和漫反射在实际中应用的许多生活场景（配有画外音）；关于光污染的场景及评述。学生列举光的反射在实际中应用的例子；并就城市玻璃幕墙的光污染问题，提出自己的建议和设想。6．课堂小结与布置作业师：这节课就要结束了，请每人用一句话总结这节课印象最深的知识、方法或体验。生：……作业：①太阳光与水平面成60°角，小明要把太阳光水平反射到室内。请画出光路图，并求出平面镜与水平面的夹角。②调查你们班教室里的黑板上有没有“反光”现象，学生在哪些位置因“反光”影响而看不清黑板上的文字？与同学讨论解决办法。 好玩！在轻松、愉快、充满欢笑的气氛中，学生进入物理情境。满天花板上找光点——全场师生都调动起来了，只听学生在喊“在那儿！在那儿！”每个人全身心地投入到物理情境之中。光线是看不见的，加之学生缺乏立体几何的知识，所以关于反射光线与入射光线的空间关系，学生不好想象，或者学生虽然在脑海中有自己的想象，但往往不知如何描述。这有了这个模型，既能丰富学生的想象，又便于学生描述。让学生猜想的目的，是为了培养能力，同时便于下一步设计实验、进行实验和分析论证。至于学生的猜想是否违背光的反射定律，没有关系。“法线”、“入射角”、“反射角”是为了描述现象的需要而引入的，恰似“及时雨”，学生易于理解，印象深刻；而不是硬性给出几个名词，让学生强记。在图26中，1是平面镜，2是编织毛衣用的竹针（表示法线，用铁架台固定竹针与镜面垂直），3是激光笔，4和5是缝衣用棉线。制作时，可用铅笔刀小心地在竹针的尖端横划一道刻痕，把棉线牢固地系在竹针刻痕处。这套实验装置的好处是：反射光线的位置是学生用细线“找到”的，而不是直接在光屏上“看到”的，学生真正经历了在空间寻找反射光线位置的探究过程，对“三线共面”这一难点，体验非常深刻，认识比较透彻。让学生感悟物理学中的美。注重教学节奏，有张有驰，劳逸结合，生动活泼，兴趣盎然。学习方式多样化。科学探究固然是重要的学习方式；交流争论、自主阅读、做物理游戏等也是很好的学习方式。渗透STS思想。
山东济宁学院附中 何元秋
猜想
？
2
3
5 4
1
图26
甲
乙
∠1=∠2
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