羅 佳 周新雅 黃亦斌

(江西師范大學物理與通信電子學院 江西 南昌 330022)

演示實驗是教師在課堂上結合教學內容，對相關實驗進行操作和演示，并引導學生觀察、思考、分析實驗現象的一種教學方式，它在中學物理教學過程中不可或缺.合理運用演示實驗進行教學，能夠有效吸引學生的注意力，大大激發(fā)學生的學習興趣，并在更大程度上幫助學生建立和理解相關的物理概念、規(guī)律[1].

然而，令人遺憾的是，一些教師觀念相對保守，加之應試教育的壓力和實驗器材的破舊或欠缺，導致演示實驗教學狀況不盡人意.特別值得一提的是，在中學物理中許多知識原本就比較抽象，學生理解起來很是困難，迫切需要通過有效的演示實驗創(chuàng)設情境，化抽象為具體，使學生在觀察和分析形象直觀的實驗現象中掌握相關物理概念和規(guī)律.因此，在中學物理課堂教學過程中，創(chuàng)設有效的教學情境對激發(fā)學生問題意識、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力將會具有十分重要的促進作用[2].

1 創(chuàng)設情境提出偏振

師:同學們，我們在大街小巷經?？吹劫N膜的小攤，今天，我們不給手機貼膜而是給電腦“貼膜”.老師手上有一塊透光的膜，現在老師要給電腦進行貼膜，同學們注意觀察.

學生觀察發(fā)現電腦上的圖案“消失”了(圖1).

圖1 給電腦“貼膜”，電腦顯示的圖案“消失”

師：想知道圖案“消失”的原因嗎？讓我們帶著這個問題走入今天的課堂.

設計意圖：以給筆記本電腦“貼膜”的情景出發(fā)，利用光的偏振使得電腦上的圖案“消失”，吸引學生的注意力，激發(fā)學生的興趣和求知欲.在輕松愉快的物理學習氛圍下[3]，引導學生思考圖案“消失”的原因，但由于學生知識水平有限，難以分析出其中的原因，從而引入本節(jié)課的課題.

2 舉例分析類比偏振

教師運用多媒體展示圖片，引導學生想象，假如讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板，先后將狹縫與振動方向平行放置及與振動方向垂直放置，再依次抖動繩子(圖2).接著把軟繩換成彈簧，前后推動彈簧(圖3).

圖2 情境圖一

圖3 情境圖二

師：軟繩的振動和彈簧的振動分別形成了一列什么波？它們形成的波能否穿過狹縫？

學生運用所學知識分析出軟繩的振動形成一列橫波，彈簧的振動形成一列縱波，并分析圖2和圖3情境中的振動分別穿過木板狹縫的情況.

教師分析學生給出的答案，引導學生對上述情境的結論進行歸納總結，得出在垂直于波傳播方向的平面上，只有沿著平行于狹縫方向的振動才能穿過狹縫.同時，告訴學生這種現象稱為偏振現象.而情境二中，無論狹縫怎樣放置，彈簧形成的縱波都可以穿過狹縫傳播到紙板的另一側.

師：剛剛我們已經知道什么是偏振現象了，那縱波能發(fā)生偏振現象嗎？

學生根據偏振現象的特點判斷出縱波不能夠發(fā)生偏振現象.

教師引導學生根據上面橫波和縱波穿過狹縫的情境歸納出偏振現象是橫波的特有現象，只有橫波才能發(fā)生偏振現象.

設計意圖：聯系生活經驗，將抽象的物理情境清晰地、分步驟地展現出來，有利于學生理解整個運動情況的過程.同時，該環(huán)節(jié)通過利用機械波來類比，幫助學生建立偏振的概念，讓學生明白光通過的“狹縫方向”是確定的，為理解偏振現象提供了一個思路.

3 自制教具體驗偏振

演示實驗一：打開手電筒，讓手電筒的光通過一塊圓片，使光線投射到光屏上，旋轉圓片，提醒學生觀察屏上光斑亮度的變化情況.(圖4)

師：當旋轉圓片時，屏上光斑的亮度是怎么變化的？

學生觀察屏上光斑亮度的變化情況，總結出光斑的亮度不發(fā)生變化.

師：為什么此時光斑的亮度不會發(fā)生改變呢？

學生分小組思考討論，請小組代表回答.

教師對學生的回答進行分析和點評.告訴學生想要知道光斑亮度不發(fā)生變化的原因，先要了解自然光的特點.通過多媒體展示圖5，引導學生掌握自然光的特點.

學生觀察圖片，通過教師的引導，發(fā)現并總結出自然光包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同.

教師結合所做的演示實驗，告訴學生實驗中用到的圓片在物理中叫做偏振片，并引導學生建立偏振光的概念.

學生在教師的引導下，明白在偏振片上有一個特定的方向，只有沿著這個方向振動的光波才能順利通過偏振片，這個方向叫做透振方向，此時透射出來的光叫做偏振光，而透振方向的作用相當于之前木板上狹縫的作用.

師：現在我們已經知道自然光的特點，那請同學們再次分析下光屏上的亮度不會改變的原因.

學生思考并討論，得出結論：光屏上的亮度不變是因為自然光在其垂直于傳播方向上包含著各個方向振動的光，所以在旋轉偏振片的過程中，光屏上都會出現光斑，又因為各個方向振動的光波的強度都相同，所以光斑的亮度不會發(fā)生改變，如圖6所示.

圖6 演示實驗一示意圖

演示實驗二：在實驗一的情況中增加一塊圓片，使得兩塊圓片相同顏色的區(qū)域平行，再請一位學生來將其中一塊圓片緩慢地旋轉180°，讓全班學生對光斑的亮度進行觀察，如圖7所示.

圖7 演示實驗二

學生觀察光斑的亮度變化，歸納出當兩塊圓片相同顏色的區(qū)域平行時，光斑最亮；旋轉其中一塊圓片的過程中，光斑亮度逐漸變暗，直到紅色區(qū)域與黑色區(qū)域平行時，亮度最暗，光斑消失.

師：為什么增加一塊偏振片后，旋轉其中一塊偏振片，光的亮度會發(fā)生改變呢？

學生分小組思考討論，結合之前的知識進行分析，小組代表回答.

教師對幾組學生的分析進行歸納，如果兩個偏振片的透振方向平行，那么，偏振光的振動方向跟第2個偏振片的透振方向平行，偏振光能通過第2個偏振片，透射光的強度最大，示意圖如圖8所示.把第1塊偏振片稱為起偏器，第2塊偏振片稱為檢偏器.

圖8 演示實驗二透振方向平行時的示意圖

學生理解并掌握兩塊偏振片透振方向平行時，透射光的強度最強.

教師邊演示實驗邊講解，如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動方向跟第2個偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通過第2個偏振片，透射光的強度為零，示意圖如圖9所示.

圖9 演示實驗二透振方向垂直時的示意圖

學生理解并掌握兩塊偏振片透振方向垂直時，透射光的強度為零.

師：現在我們已經理解了實驗現象產生的原因，那么光是一種什么波呢？

學生思考討論，結合偏振現象的知識分析出光是一種橫波.并能夠明確，如果光是縱波，無論兩狹縫夾角如何變化，光斑亮度不變.而實驗結果顯示，隨著兩偏振片夾角不同，光斑亮度發(fā)生了變化，所以光是一種橫波.

設計意圖：教師通過演示實驗，向學生展現直觀的實驗現象，并讓學生參與到實驗中，使得學生的主體性得以體現.結合“實驗探究”和“科學推理”，通過對實驗現象進行觀察分析，又加以科學的想象推理，引導學生去發(fā)現知識，總結規(guī)律.在分析演示實驗的現象時，與學生進行談話式的問答，逐步引導學生在思考討論以及分析問題過程中掌握理論知識，提高學生的分析能力和觀察能力，體現“教師主導，學生主體”的理念.

4 揭秘貼膜前后呼應

教師引導學生回到課堂最初留下的疑問，通過用兩張偏振片放在物理書上，“物理”二字消失，如圖10所示，使學生明白電腦上圖案“消失”的原因.

圖10 “物理”消失

學生運用本節(jié)的知識在教師的指導下認真分析圖案消失的原因，得出：當在電腦屏幕上加上一塊偏振片，使其透振方向與筆記本電腦上的偏振片的透振方向垂直時，這時透射光的亮度就為零，那么圖案就看不見了，也就是我們說的圖案“消失”了.

設計意圖：前后呼應，鞏固新知.培養(yǎng)學生自主思考的能力，加強學生對知識的理解.

5 拓展延伸應用偏振

教師運用多媒體展示兩組圖片，一組是照相機鏡頭沒加偏振片拍攝的，一組是加了偏振片拍攝的，請學生來觀察這兩組圖片有什么不同.

學生認真觀察、比較圖片，可發(fā)現加了偏振片的鏡頭拍攝出來的照片反射光很弱.

師：除了照相機上運用光的偏振，你們還能舉出其他運用光的偏振的例子嗎？

學生思考舉出生活中運用光的偏振的例子，并對其進行分析.

設計意圖：開闊學生視野，拓展思維.運用所學的知識解決實際問題，鞏固所學的知識.

6 總結交流反思教學

本堂課首先以給筆記本電腦屏幕“貼膜”的情境引入，從而拉近了學生與科學知識間的距離，有利于激發(fā)學生的好奇心和求知欲.接著在光的偏振演示實驗中讓學生參與其中，使之由被動變?yōu)橹鲃?，其積極性也得以提高；同時利用實驗的直觀性引導學生去觀察實驗現象并去思考問題，讓學生在演示實驗的體驗中感受到物理學的多重魅力.在教學的最后，讓學生運用本節(jié)課的知識去解決課前留下的問題，分析生活中的偏振現象，不僅能檢查學生對所學知識的掌握程度，而且能幫助學生鞏固新知.整堂課體現了“從生活走進物理，從物理走向生活”的教育理念，勢必會取得了良好的教學效果.