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利用典型实验培养学生的探究能力 ──由《测定玻璃的折射率实验》引申出的科学探究 黑龙江省东宁县第一中学 么艳梅 在《普通高中物理课程标准（实验）》的课程总目标中明确指出：学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。对科学探究提出了具体的要求，体验科学探究过程，了解科学研究方法成为一个非常重要的目标。利用课本上的典型实验，引导学生发散思维，对实验重新设计，这是一个比较实用而且非常有意义的方式。基于以上原因，我决定将科学探究渗入到高三物理总复习中。 在复习《测定玻璃的折射率实验》之前，设置探究情境。我给学生布置了两道思考题作为探究的内容，由学生在课后进行分组讨论研究。题目如下： 一、除了书中的用平行玻璃砖测折射率的方法之外，你还能想到用什么光学元件测玻璃的折射率？具体的原理、方法及光路图是什么样的？ 二、如何测液体的折射率？以水为例，你能设计出几种方法？具体的光路及操作方法是什么样的？ 课堂上，我首先请几位学生代表画出了他们的设计的光路图，并向同学们简要地说明其设计原理及具体办法。学生的方法有： 1、用圆柱形玻璃测玻璃的折射率。光路图如图1所示。  实验方法与书中实验相似，用的是插针法。 2、用不平行玻璃砖测玻璃的折射率。光路图如图2所示。  也是用插针法。 3、半圆形玻璃砖测玻璃的折射率。 ⑴插针法，光路图如图3所示。入射光沿玻璃砖半径方向。  ⑵全反射临界角的应用。光路图如图4所示。  将一块半圆形玻璃砖放在水平面上，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过θ角时，观察者在玻璃砖的直径一侧恰好看不到出射光线。θ角即为全反射的临界角，这样就可以求出玻璃的折射率了。 4、用玻璃三棱镜测玻璃的折射率。 也是用插针法。原理图如图5所示。  每个学生讲述完后，我都要求同学们进行讨论并进行评价。随后我进行了小结。 首先肯定了同学们积极思考的成果，说明同学们对光学元件的基本光学特性了解得很好。其次强调了不管用什么光学元件进行实验，在使用插针法时的实验步骤及注意事项与用平行玻璃砖测玻璃的折射率的相似相同之处。 小结完后，我又请同学到前面板书并讲述他所想到的测液体折射率的光路图及方法。以测水的折射率为例，同学们想的方法有： 1、如图示6，拿来一不透明的空容器，在BO延长线上的E点能看到B点，保持眼睛位置不变，将容器倒满水，此时眼睛恰好能看到C点。测出CD、BD、及OD的长，即可求出入射和折射角的正弦值，从而求出水的折射率。  由学生们讨论后进行点评：此方法中E点的位置不好控制，C点的位置确定时用什么方法？建议改进实验方法。学生们提出的方法很多，如放一个参考物体确定E点位置，杯底放刻度尺来确定C点位置等等。我在此处建议还可以用激光进行这个实验。 2、用竹杆影长测水的折射率。 原理如图7所示，测出杆长、水深度、入射点到杆的距离、杆的影长。  由学生们讨论后进行点评：此原理是以前做过的一道光学题的变形，肯定该同学知识的迁移能力。具体操作时要注意，要用一入射角已知的平行光源或者想办法确定入射点。杆要竖直插在水中，测量过程中注意不要移动等等。 3、量角器的妙用。 如图8所示，将两个量角器粘到一起，底边线及中心要对齐。将其竖直地放入水中，底边线与水面齐平，用激光束沿入射角θ1方向射入，在量角器上可以直接读出入射角θ1和折射角θ2，即可求出折射率。   由学生们讨论后进行点评：这位同学很聪明，马上把前面提到的激光用上了，而且用量角器可以直接读出角度数据，非常好。实验中要注意板面要竖直，激光束要平行贴紧量角器等等。 接下来我对本节课进行了总结，充分肯定了同学们的成绩，并请同学们继续思考，还可以用什么方法，将所想到的方法写到作业本上。 这样复习，不单单使学生掌握了书中的实验，更激发了学生的学习兴趣，开拓了学生的眼界，使学生能够触类旁通，掌握实验原理的实质，能用来解决同类问题。本节课通过学生的讲述，全班同学的讨论，充分调动了学生学习的积极性。使同学们参与其中，既掌握了知识，又拓宽了视野，在课后交上的作业中看到有些同学又想到了一些其他的测量方法，比如： 1、插针法测水的折射率。如图9所示。   2、量角器、激光应用。如图10所示。   3、全反射原理的应用。如图11所示。   图11 从学生作业看出，有的同学的方法是从所做过的物理题演绎而来，有的是根据课堂上讲到的方法演绎而来，这都说明学生进行了充分的思考、深入的研究。从中足以看出这一节课对他们的启发作用。让学生亲身体验和感受获取知识和能力的探究过程，体验通过探究获得知识和能力的快乐。 (责任编辑：admin) |