第二节 光的反射定律
知识与能力
1.了解光的反射现象,知道法线、入射角和反射角的含义。
2.理解光的反射定律;认识反射现象中光路的可逆性。
3.知道什么是镜面反射,什么是漫反射。
过程与方法
1.经历探究“光反射时的规律”的过程,有比较全面的探究活动的体验。
2.通过“小制作”和“我的设计”,学习控制光束方向。
3.通过对比观察,了解镜面反射和漫反射的主要差异。
情感、态度与价值观
1.在研究“光反射时的规律”的过程中培养学生的科学态度。
2.鼓励学生积极开展小发明、小制作活动,认识平面镜在科学技术、生产和生活中的广泛应用。
3.通过“走向社会——太空镜”,提供学生将科学技术应用于生活和社会的意识。
重点:探究光的反射定律的过程以及对它的理解与应用。
难点:对镜面反射及漫反射的理解。
一、谜语引入,提出问题
谜语:一个西瓜在它被切开以前是什么颜色的?
分析:学生根据自己的生活体验,西瓜瓤可能是红色的,也有可能是黄色的,如果是生西瓜,还可能是白色的,所以学生可能得到上述的三个答案,即红色、黄色、白色。但是标准答案是黑色的。学生觉得很惊奇,一定会问:为什么是黑色的呢?原因很简单,因为西瓜没有切开以前,里面是没有光的,任何物体自身不发光也没有反射其他物体发出的光,就是黑色的。这个道理和在漆黑的夜晚,我们看什么东西都是黑色的是一个道理。假设这个世界没有光,且任何物体都不能反射光,我们看什么东西都是黑色的,或者说我们什么都看不见。由此说明光的反射对人来说是很重要的。没有光,这个世界就不会如此五彩斑斓,如此美丽,甚至我们根本不能生存。
比赛活动:
(1)射击比赛:每个小组选一名代表,用手中的激光手电射击屏幕上的字,每组射击一个字,看哪个组射击得更准?其他同学思考并回答用到了上一节课中我们学到的什么知识。
教师评价:难分高下,都很好。下面再来比赛一场。
(2)教师在黑板上画出一点当作靶心,每一小组出两名代表,一名手拿激光手电,一名手拿小平面镜,相隔一米。各小组从不同的方向通过镜子的反射使激光击中靶心,最后光斑准确地击中靶心者获胜。
问题:生活中还有哪些光的反射现象?你想知道光的反射的哪些知识?
说明:本节课用一个谜语引入课题,大大激发了学生的兴趣和求知欲,也让学生感受到光的反射对我们是多么重要,认识到我们看到物体是因为物体反射的光进入到了我们的眼睛的缘故。再通过两个比赛直射与反射,有效地将两者之间的联系与区别结合起来,强化了学生对光的反射的理解,尤其是第二次实验需要拿激光手电的同学与拿小镜子的同学配合,这样就更让学生了解了光线与平面镜的关系,激起了学生的学习欲望。让同学们回忆在生活中还有哪些光的反射现象,体现从生活走向物理。最后学生带着兴趣提出他们的问题,过渡到下一个环节。
二、进行新课
1.探究光的反射定律
(1)提出问题。
问题:光的反射让我们看到了本身不发光的物体,那么光的反射有什么规律呢?
演示实验:用“光的反射演示器”进行演示。
引导明确几个基本概念:入射点(O)、入射光线、反射光线、法线(ON)、入射角(α)、反射角(β)。
(2)猜想:让学生根据比赛及教师对光的反射演示进行有根据的猜想。
教师在黑板上画出几个反射光线光路图,让学生猜想判断。
说明:在物理课程中,学生自己在学习中发现问题是至关重要的。当学生提出有价值的问题时,教师应该因势利导,让学生知道什么样的问题有价值,这对培养学生发现问题的兴趣,养成提出问题的习惯,都有好处。学生发现并提出问题,是求知的起始,也是教师展开教学的最好开端。抓住这个时机,引导学生尝试着应用实验探究的方法学习知识乃至创新,是帮助学生尽快步入自主性学习轨道的极好途径,这也是重视实验情景设计的价值所在。
师:我们知道物理学是一门以观察和实验为基础的科学,人们的许多物理知识是通过观察和实验,经过认真的思考总结出来的。因此,同学不妨讨论一下,我们能否利用身边或讲桌上的器材,设计一个实验来证明我们的假设对不对呢?
(3)分组实验。
分组实验:小组任意选择器材进行实验。
方案一:小平面镜、激光手电、细玻璃管三根。
让入射光线与反射光线分别从直管中穿过,就将这根管当作入射光线与反射光线进行研究。
方案二:
①如图上所示,把一个平面镜放在桌上,再把一张纸板竖直地立在平面镜上,纸板上的直线ON垂直于镜面。
②一束光贴着纸板沿某一角度射到O点,经平面镜的反射,沿另一个方向射出,在纸板上用笔描出入射光线和反射光线的径迹。
③改变光束的入射方向,重做一次。
④取下纸板,用量角器测量ON两侧的角α和β。
⑤把法线右侧的纸板转动一定角度,观察反射光线是否还能照亮该纸板。
说明:通过这个实验,教师要教育学生养成观察实验的好习惯,并引导学生使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种物理实验。这样一束,可以拉近物理学与生活的距离,让学生深切地感受到科学的真实性,感受到科学和社会、科学和日常生活的关系。另一方面,由于这些物品本来的用途并不是进行物理实验,所以这种做法本身就是一种创新。
(4)得出结论、评估。
实验后,各组代表汇报交流研究结果,得出光的反射定律。
光的反射定律的内容:反射光线、入射光线和法线三者在同一平面上,反射光线和入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
方法教育:一般来说,物理规律是在实验的基础上,对实验结果进行分析和归纳得到的,归纳就是从实验事实中找出因果联系的一种方法。
说明:学生进行汇报时,要让学生充分表现自己,给学生享受一下成功的喜悦,学生可能还会得出其他结论,比如光路的可逆性、反射角随入射角的变化等,教师要适当表扬,恰当处理,逐步培养学生实验探究、观察的能力。由于学生接触物理时间不长,所以有必要对学生进行适当的科学方法教育。
(5)反射光路的可逆性。
①结合教材漫画,进行小游戏“找朋友”。
要求:学生两人一组,先做从平面镜中相互看到对方眼睛的小实验,根据自己的发现,即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,让学生尝试画图分析其中的原因。
②然后利用右图所示的装置,实验探究反射光路的可逆性:首先使入射光从左侧入射,观察反射光线,然后另拿一支激光手电逆着反射光线的方向射到镜面上,两支激光对射,观察光路是否重合。多次改变入射角,重复进行上述实验。
总结:在反射时,光路是可逆的。
2.镜面反射与漫反射
实验小魔术:消失的小狗
准备几张编织稀疏程度不同的纱布,一面大镜子,一个投影仪。演示时先将镜子放在教室前面,镜面稍微向着教室的天花板倾斜,然后在镜面上铺几层纱布,用投影仪把一幅有趣的卡通小狗图画投影到纱布上。因为纱布表面粗糙,发生的是漫反射,所以教室里各个角落的同学都能看见,而且画面很清晰。接着把纱布一层一层地取下来,原来清晰的卡通小狗图画不再清晰,变得越来越模糊。当把最后一层纱布取下来后,整个卡通小狗图画都不见了。
问题:这是为什么呢?
观察实验探究:在较暗的教室里,用胶带把一个小平面镜粘在白纸上,然后将白纸贴在黑板上。用手电筒的光照射白纸和平面镜。
问题:你发现了什么?为什么会出现这种现象?
学生讨论:结合小魔术及观察到的现象,对光的反射情况进行讨论。
说明:对于魔术,教师要将本实验做得神秘一些,以引发学生的求知欲,并引导学生借助白纸与镜面对光线的反射不同,来分析出现这种现象的原因在于反射面是否光滑。
在上述实验的基础上,教师参考教材图4—2—11和图4—2—13所示的光路图说明镜面反射和漫反射光路的反射特点,并利用图4—2—12的方法进行辅助理解。也可以制作多媒体课件:画面先出现两种不同的反射面,再依次播放出每一条光线的反射过程。播放完毕,让学生比较镜面反射和漫反射的异同点,并回扣上面的实验,让学生解释其中的原因。
最后,可以让学生列举生活和生产中应用镜面反射和漫反射的实例,或播放一些相关的有利、有害的录像资料,以丰富学生的认识。
说明:发散学生的思维,把学生的思维从课堂引向社会,让学生发现生活中光反射的重要性以及光污染现象,便于学生理解和应用——“生活是最深刻的实验”,体现新课标的“情感、态度、价值观”。
3.光反射的应用
学生阅读教材第61页内容,了解光的反射在生活中的应用,教师也可通过多媒体播放一些光的反射在生活中应用的视频,如:红宝石激光器、光纤传播等。
说明:本部分意在丰富学生对光的反射的认识,教学时不必拘泥于教材,要开放课堂空间,可以让学生课后通过互联网或查阅图书报刊等获取信息,广泛收集相关资料。能联系当地实际进行教学效果会更好,如让学生在自己社区、市区和学校附近开展调查,用鲜活的事例来说明光反射的应用和光污染的危害及防止。建议学生把收集的资料制成课件,或拍摄成录像、照片等,在课堂上或校园网上发布交流。
第二节 光的反射定律