用全反射棱镜自制“隐身”教具||实验研究 / 开普饭

用全反射棱镜自制“隐身”教具

安徽省铜陵市第一中学

摘要：利用全反射棱镜自制了隐身教具。该教具运用全反射原理, 使放入其中的物体隐身, 将物理知识与趣味现象结合起来, 调动了学生的学习兴趣, 取得了很好的教学效果。

关键词：全反射棱镜; 隐身; 光路图;

全反射是光的传播规律的拓展和延伸, 在几何光学中处于重要地位。全反射棱镜是运用全反射知识的重要材料, 在生活中有广泛的应用。各种版本的教材中, 举例用到全反射棱镜的地方, 主要是在潜望镜中。本文中, 笔者用全反射棱镜, 设计了一个装置。该装置可以将其内的物体隐身, 增强了课堂的趣味性, 也使学生对全反射棱镜有了更深入的了解。

一、装置设计

本装置由四块全反射棱镜和带有凹口的玻璃板组成, 外观俯视图如图1所示。

图1 隐身装置

四块全反射棱镜要保持同等高度, 因此将其放在同一块玻璃板上。先在一块平整的玻璃上切一个凹口, 凹口用于放入物体。再将四块全反射棱镜按图1结构, 安放于凹口旁边。为了使装置牢固, 用玻璃胶将棱镜粘接在玻璃板上。

二、装置原理

图2中四角为金属支柱, 装置放置上面便于笔整体插入, 中央圆代表笔。

图2 隐身光路图

光线代表后面字的光线。从图可以看出, 字的光线在四块全反射棱镜内不断发生全反射传播, 最终绕过了笔, 到达正面的观察者。

笔本身的光线, 在正面的那块棱镜内经过两个面两次折射, 偏离了原来的方向, 因此正面看不到笔。这就形成了在正面可以看到后面的字而看不到笔的隐身现象。

三、演示方法

(1) 展示正常的背景, 笔者以自己学校的听课笔记本作为背景。

(2) 将装置放于笔记本前, 由于装置的棱镜为透明玻璃, 透过棱镜看到后面的字, 如图3, 这对学生来说可能认为是正常现象, 暂时不会思考很多。

图3 背景和放上装置后的情况

(3) 提出问题:如果在玻璃装置中放入一支笔, 笔会不会挡住后面的字?引发学生思考。

(4) 将一支笔缓缓放入装置中, 观察到的现象如图4所示。不在装置内的笔挡住了后面的字, 而装置内的笔隐身了。

(5) 提出问题:装置是如何将物体隐身的。这时先提示单个全反射棱镜的光路传播特点, 然后再让学生共同讨论画出装置的光路图。

图4 笔被装置隐身了

四、结束语

该装置取材简单、易于制作, 而且实验时容易操作, 现象明显。笔者根据学生对隐身这一特征的好奇心, 设计此装置, 抓住了学生的兴趣点, 从而激发学生主动地探究学习, 让物理课堂更加有趣且高效。

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