重难点突破：几何知识在光的反射教学中的应用 - 图文

几何知识在光的反射教学中的应用

【摘要】 物理和数学就像一对“对生”的树叶，物理学依靠数学来产生它的理

论结论，而数学又依赖于物理实验来验证它的正确性。笔者结合苏科版八年级物理《光的反射》一课，从如何利用学生已有的数学知识角度，用物理实验诠释数学进行了一次尝试。

【关键词】物理、数学、相得益彰、实验 【正文】

数学和物理学是两门具有密切联系的学科。数学知识相对于物理学是一种语言和工具。二十世纪最伟大的理论声学家塞缪尔〃莫尔斯曾说过“数学和物理两门学科，物理可以通过数学的抽象而实体化，数学则可以通过物理的实验而受益” 。可见，物理和数学就像一对“对生”的树叶，物理学依靠数学来产生它的理论结论，而数学又依赖于物理实验来验证它的正确性。

因此，适时的运用学生已有的数学知识储备来学习物理，是我们初中物理学习的方法之一。下面，笔者就结合苏科版八年级物理《光的反射》一课，谈谈笔者如何让学生从数学的记忆中步入物理殿堂。 一、引入光的反射---感受“点”和“线” 活动1：用激光笔将光射向A点。

方法一：利用光的直线传播用激光笔直接射向A点。（图一） 方法二：利用光的反射用激光笔和平面镜将光反射向A点。（图二） 引导学生思考：使用方法二成功的同学，有什么技巧？ 生：可以利用对称图形

图一 图二

【设计意图】

笔者选择的这套自制器材，由一个木盒内衬铁片和带有磁体的镜子与激光笔，以及一张透明玻璃纸组成（图三）。这套自制的器材可以充分保证每位同学都参与体验式实验，按照自己的意图任意将激光笔或镜子吸附在木盒上，清晰的看见光的传播路径，实现将光照射到A点的目的。在实验成功后，教师的引导学生的思维，促使学生感受到自己在无意识或条件反射的状态下，引用了数学的知识---轴对称图形，让学生感受到数学存在于物理当中，感受到数学物理一家亲的关系。俄国教育家乌申斯基曾说：“没有丝毫兴趣的强制实验，将会扼杀学生探究真理的欲望”。相反地，在这样的课堂中，学生体会到用自己的知识与智慧取得实验成功的喜悦，还能进一步加深对物理概念形成的理解与认识，感受数学存在于物理学科中的形式，提高学习的兴趣。

图三1 图三2 图三3 图三4 二、探究反射规律---感受“轴对称图形” 活动2、用记号笔描绘实验图像

方法：1、用激光笔将光借助于平面镜照射到A点（图四） 2、用记号笔将光路描绘下来（图五） 3、撤去激光笔，观察光路（图六）

图四 图五 图六 【设计意图】

前面活动一中，学生猜测光线存在轴对称的位置关系，为了更清晰的阐明观点，师生讨论决定将光线描绘下来。描绘光线为进一步的研究奠定基础，让光路跃然纸上，增加图像的可视度，渗透物理学科中的建模法，为进一步研究对称增加图像性，使学生易于回到数学课堂中呈现的轴对称图形情景之中，唤起学科回忆。

活动3、图像叠加

方法：收集学生描绘的光路图，通过叠加的方法，发现入射光线和反射光线成轴对称关系（图七）

图七 【设计意图】

规律是指事物之间的内在的必然联系，决定着事物发展的必然趋向。物理学中寻找规律需要大量的实验数据或实验现象作为数据支撑。因此，“大量的玻璃纸叠加寻找规律”笔者认为比较有说服力,进一步说明光线存在轴对称的位置关系。

三、分析实验数据---感受“对称轴” 活动4：寻找对称轴

方法：利用数学的方法---对折重合，寻找对称轴（图八）

图八1 图八2 图八3

引导学生思考：同学们利用数学的方法，发现了反射光线与入射光线关于法线对称，数学的对称图形中隐藏着哪些物理规律呢？ 生：1、反射角等于入射角。

2、反射光线、入射光线与法线在同一平面。 3、反射光线和入射光线分居在法线的两侧。 【设计意图】

初中物理从表面上看是直接向学生传授物理知识，但在这个过程中更重要的是学生潜移默化地接受了物理学中所蕴含的探索精神、求真精神和创新精神。笔者认为在教学设计中应体现追求物理现象背后真挚的科学方法和态度。笔者在设计中选择了通过学生观察实验图像，进一步贴近轴对称图形，再通过玻璃纸的叠

加寻找规律发现轴对称图形并寻找对称轴，最后回忆数学中轴对称图形的性质，猜想光的反射规律。

法线术语的引出，笔者选取了学生通过观察大量的实验图像，依照学生原有的知识储备，发现数学中轴对称图形的方法并尝试用数学学科中传授的方法确定对称轴的位置。在数学当中，对称轴是将图形对折重合，对折的那条线就是对称轴，学生利用数学的知识轻松地逾越了物理中法线引出这一难点。物理学家杨振宁曾经说过“现象是物理学的根源”，笔者的课堂中已经“预设”对称“现象”，顺理成章的引导学生挖掘现象的根源即对称轴的存在。 四、 验证光的反射规律---感受“几何特点”

活动5：用物理实验诠释轴对称图形的特点，即光的反射规律 方法：1、实验探究角相等（图九） 2、感受三线共面（图十）

说明：利用加湿器喷出的大量小水滴，配合激光笔，学生可以尝试任意角度观察光的反射现象在空间中的情形 3、实验探究三线共面（图十一）

图九1 图九2 图十 图十一

【设计意图】