用全反射棱镜自制“隐身”教具||实验研究
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
本文来源于《教育与装备研究》2017年6期