图 5 光的折射图
图 6 自制弯曲玻璃砖全反射教具
通过对比实验，使学生具有感性认识。通过问题链，让学生对问题进行合理思考和猜想，培养学生的科学思维。通过逻辑推理和理论分析，让学生初步构建发生全反射的条件模型。结合自制创新教具和传统实验，对真实情境进行抽象建模，阶梯式建立光在弯曲状物质中的传播路径的物理模型。3.2 实验探究，检验模型
学生利用自制弯曲玻璃砖开展探究实验，借助Tracker软件动态捕捉入射角角度，分析入射角和临界角的大小关系，以及其对应的实验现象，从而检验发生全反射的条件模型。学生将弯曲玻璃砖置入空气中，射入激光，并控制入射角大于临界角。利用Tracker软件对入射角的角度进行动态追踪测量，可以测得如图7所示的入射角度变化曲线图。例如，Tracker测得入射角为59.6°时，光在弯曲玻璃砖中发生全反射现象，如图8所示。图 7 置于空气时入射角度变化曲线图
图 8 Tracker测量光射入置于空气中弯曲玻璃砖的入射角学生计算临界角，根据实验现象，分析发现入射角大于临界角时，均发生全反射现象，检验并总结全反射发生的条件：通过问题引导以及实验探究，引导学生对于全反射发生条件进行深入研究，通过实际的实验数据以及相应的实验现象，从而检验全反射的发生条件这一条件模型，加深学生对于该物理模型的掌握程度。处理实验数据和对Tracker软件的操作，均能培养学生动手探究的能力以及实事求是的精神。3.3 归纳对比，完善模型
进行“光射入置于食用油中的玻璃砖”实验，和先前“光射入置于空气中的玻璃砖”实验进行对比，利用Tracker软件对比入射角相同时实验现象的不同，从而完善全反射的条件模型。教师：如果临界角增大了，是更易发生全发射还是更不易发生全反射？学生进行理论计算和逻辑推理，发现临界角增大时，将更加不易发生全反射。学生进行实验，将有机玻璃砖置于食用油中，不断改变入射角的角度，利用Tracker软件测量出入射角大小，并根据“光射入置于食用油中的玻璃砖”实验所得数据，选取相同入射角，对比观察实验现象。例如图9，当仍取入射角为59.6°时，此时并未发生全反射现象。图 9 Tracker测量光射入置于食用油中弯曲玻璃砖的入射角学生计算可得此时临界角为80.6°，根据实验现象发现：当玻璃砖从置于空气到置于食用油中，原来的入射角均小于此时的临界角，此时没有发生全反射。学生通过实验验证了理论的正确性，完善全反射概念知识：临界角的角度增大，将更不易发生全反射现象。教师：入射角度一致，比较当发生折射和全反射时反射光强度大小是怎样的？学生根据实验现象，对比入射角度一致时反射光强度的大小（图10），发现当发生折射时，反射光线的强度明显小于发生全反射时反射光线的强度。教师：为什么发生折射时的反射光强度小于发生全反射时的反射光强度？学生：根据能量守恒定律（忽略玻璃对光线的吸收），发生折射时，入射光的强度等于反射光与折射光的强度之和；发生全反射时，入射光的强度等于反射光的强度。完善发生全反射和折射时反射光的强度对比。
图 10 入射角相同时对比反射光强度
通过师生问答，培养学生的科学推理能力。通过实验的对比，加深对临界角该条件的认识，并利用Tracker软件测量了传统教学方法难以测量的入射角角度问题，对理论进行验证，完善物理模型。通过反射光强度对比，加强学生对于物质的能量守恒观念的认识，真正做到理论和实践相结合。3.4 变式迁移，应用模型
教师利用“光射入弯曲玻璃砖”实验中光的传播情况，以及全反射发生条件模型，引导学生设计光导纤维。学生应用全反射发生条件解释望远镜的原理。学生根据所建立的全反射发生条件模型，对水流导光的引入问题进行解释。教师提出问题：如何设计才能使得光导纤维避免外界环境干扰，实现稳定的光信号传输？教师总结学生设计，介绍光导纤维的构造与产生全反射的原理。展示光纤、光纤通信技术以及光纤传输图像技术。学生认识全反射棱镜，并根据双筒望远镜的简易结构示意图，绘出光路，解释望远镜的工作原理。学生根据这三个实际问题，尝试应用全反射发生条件模型。并可以在课后利用Tracker软件自行对其中的光路和入射角等数据进行测量，培养学生的动手能力和科学探究精神。
全文详见《物理教学探讨》2024年第5期
引文格式：
陶卓婷，罗新竹，胡志娟. Tracker软件助力物理模型建构教学——以“全反射”为例[J].物理教学探讨，2024,42（5）：81-86.
