1、第第一一单元单元 光与色彩光与色彩 一、一、单元设计意图单元设计意图 1.1.本单元主题的提出本单元主题的提出 光对于地球上的生命体来说至关重要。如果没有光，整个世界便会陷入无边的黑暗中，人 类将无法生存与生活。人类通过眼睛接收了 80%以上的外部信息。研究光现象与光变化对帮助 儿童认识外部世界具有重要意义。本单元通过研究光的形成、光在空气中的行进、光在不同物 质中行进时发生的现象与变化， 以及认识光的种类或层次等一系列科学实践活动， 引领学生进 入光世界，认知、研究光现象，感悟光对我们生存生活的重要意义。 光无疑是每个人所熟悉的，但许多人对“怎样看见光，如何发现色彩，光是怎样行进的” 缺少理
2、解， 儿童尤为如此。 这直接导致他们对光现象的过程变化缺乏形象思维， 知识积累不足。 本单元主题的提出不仅承接了低年级奇妙的光相关主题的发展，还通过感性体验、动手操 作等活动为初中学段光学现象的学习提供了知识基础与实践操作经验， 帮助学生更顺利地参与 到光现象的探究活动中。 本单元的科学实践活动都是基于将肉眼难于感知的光学现象转化为可视过程设计的。 通过 用某些能反射光的媒介显现光在空气中的行进、用适宜的工具展现白光的复合性等实验， 让学 生在学习中体会科学探究过程， 培养设计、 动手操作的兴趣， 学会在人工控制的条件下， 观察、 研究自然现象及其规律，活跃学生的思维，为学生终身发展服务。 2
3、.2.本单元对课程标准的落实本单元对课程标准的落实 (1)本单元通过一系列动手、动脑科学实践活动，落实课程标准高年段的课程目标。 科学知识： 知道不同能量之间的转换。 科学探究： 能基于所学的知识，从事物的变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题。 能基于所学的知识， 通过观察、 实验、 查阅资料、 调查、 案例分析等方式获取事物的信息。 能对探究活动进行过程性反思，及时调整，并对探究活动进行总结性评价。 科学态度： 表现出对事物的变化及相互关系进行科学探究的兴趣。 在尊重证据的前提下，坚持正确的观点。 能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计 与制作，培
4、养创新精神。 能接受别人的批评意见，反思、调整自己的探究；在进行多人合作时，愿意沟通交流，综 合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。 科学、技术、社会与环境： 认识到人类、动植物、环境的相互影响和相互依存关系，了解地球上的资源是有限的，人 类活动会对环境产生正面和负面的影响，自觉采取行动，保护环境。 (2)本单元学习内容是基于落实课程标准中课程内容高年段要求。 6.2 太阳光包含不同颜色的光，光遇到不同的物质时传播方向会发生改变。 6.2.1 有的光直接来自发光的物体，有的光来自反射光的物体。 识别来自光源的光，如太阳光、灯光；识别来自物体反射的光，如月光。 知道来自光源的光或来自物体的反射
5、光进入眼睛，都能使我们看到光源或该物体。 6.2.2 光在空气中沿直线传播； 行进中的光遇到物体时会发生反射， 会改变光的传播方向， 会形成阴影。 知道光在空气中沿直线传播。 知道行进中的光遇到物体时，会发生反射现象，光的传播方向会发生变化。 6.2.3 太阳光包含不同颜色的光。 描述太阳光穿过三棱镜后形成的彩色光带，知道太阳光中包含有不同颜色的光。 3.3.本单元在整套教材中与其他单元的关系本单元在整套教材中与其他单元的关系 4.4.本单元次级主题的构成及逻辑关系本单元次级主题的构成及逻辑关系 本单元由四课组成： 光源 光的传播 光的反射 七色光 。前三课按递进关系设计， 是对“光”的生成、
6、传播、遇到不同物质时行进方向改变等光现象的认识。通过一系列的科学 实践活动，初步建立光源、光的传播及光的反射的概念；了解光源、光的传播、人眼看到物体 的条件和光的反射现象；辨识哪些光来自光源，哪些光来自物体反射；知道光在空气中是沿直 线行进的，遇到物体时行进方向会发生改变。同时，通过观察、实验等探究活动获取光现象的 信息，了解可以借助能够反光的物体来发现光的现象、感知光的传播规律，打破光这一能量表 现形式的神秘感。能量表现形式的探究活动不仅在本单元出现，还在整套教材持续进行，且不 断地深入。在学生对光现象有了初步的了解后，第四课将关注点放在了光本体的性质上，以太 阳光为载体，通过科学实践活动帮
7、助学生认识作为能量形式之一的光的种类及层次性， 潜移默 化地帮助学生建立对光谱的初步认知，为以后进一步学习光现象打下良好的基础。 二二、单元教学目标单元教学目标 能识别来自光源的光，知道光遇到不同的物质时传播方向会发生改变，知道太阳光中包含 不同颜色的光。 能够获取光现象变化的证据信息； 采用新方法、 新材料， 调整、 完善对光现象的探究活动。 愿意经历光现象的发现过程， 发展尝试改变光传播路径探究活动的兴趣； 在尊重证据的前 提下，形成有关光的正确观点。 运用有关光现象的原理，列举、解释自然界与生活中的光现象事例。 三三、单元活动框架单元活动框架 四、四、课时建议课时建议 序号序号 课题课题
8、 课时课时 1 光源 1 2 光的传播 2 3 光的反射 1 4 七色光 1 总课时 5 五、分课分析五、分课分析 1.1.光源光源 1.教学内容 本课立足于观察和描述生活中常见的光，认识它们的形成特征与性质，围绕物体自己能否 发光，也就是鉴别光源这一主题展开。 本课教学内容由三个部分组成： 第一部分，根据光源概念与生活经验，讨论哪些是自然光源、哪些是人造光源，进而学会 给光源分类。 第二部分，分析图片呈现的发光现象，知道可见的物体分为两类：光源与反光物体。学会 判断物体是不是光源。 第三部分，通过“点燃蜡烛” “给细钢丝通电”两个活动，了解物体发光的过程，认识发 光需要能量。 2.教学目标
9、观察各种发光的物体，能指出哪些物体是光源。 会按照光源的特征给发光物体分类。 乐于研究光现象，乐于分享与发现。 3.重点与难点 重点：举例说明发光物体的特征，鉴别光源与非光源物体。 难点：观察某些物体的发光过程。 4.教学准备 火柴、蜡烛、钢丝球、两节电池、带导线的鳄鱼夹、装有细沙的托盘。 2.2.光的传播光的传播 1.教学内容 本课通过一系列观察、实验、制作等实践活动，帮助学生观察、发现、了解光在空气中的 传播现象和特征。 本课教学内容由三个部分组成： 第一部分，基于学生过往的知识与经历，围绕着光在自然环境中、生活情境中传播路径上 的共同特点进行讨论，提出问题。 第二部分，通过多个探究活动，
10、观察与发现光在空气中是沿直线传播的，并根据光的这一 特征，解释有关的自然现象，说明生活中人们对于这一特征的利用。 第三部分，制作一套简单的装置，通过细致的操作说明小孔成像现象，进一步证明光沿直 线传播，印证我国古代学者墨子关于小孔成像的发现。 2.教学目标 在观察活动中，发现光在空气中沿直线传播。 在教师的指导下，初步学会设计、安装和制作适宜的实验装置，观察与发现光在空气中的 行进路径。 通过对光在空气中传播现象的研究与发现，体验科学探究活动的乐趣，乐于跟同伴分享与 合作。 3.重点与难点 重点：认识光在空气中沿直线传播的特征。 难点：设计实验，观察与发现光在空气中的行进路径。 4.教学准备
11、激光笔、带盖子的透明玻璃容器、线香、手电筒、若干张硬卡纸、剪刀、橡皮泥、半透明 塑料膜、纸杯、橡皮筋、蜡烛等。 3.3.光光的反射的反射 1.教学内容 经过前两课的学习，学生知道了光来自光源，光源射出的光在空气中是沿直线传播的。那 么光在空气中行进时，遇到其他物体会发生什么现象呢?本课围绕“光照射到物体表面时会发 生什么现象?”这一话题展开。 本课教学活动由三个部分组成： 第一部分，用小镜子把阳光照到背光的墙上，利用该现象开展游戏，认识光的反射。 第二部分，观察光照射到不同物体表面时发生的现象，了解不同物体表面反光效果不同， 归纳出反光效果好的物体表面的特点。 第三部分，通过玩镜子和制作潜望镜
12、，了解平面镜中物体的像与物体之间的关系以及平面 镜反射光的特点。 2.教学目标 在观察、游戏和制作活动中，描述光在物体表面反射的特点。 能够依据物体表面的反光情况给物体分类，学会利用光的反射特点制作潜望镜。 通过对光在镜子表面反射现象的发现与运用，激发对科学实践活动的好奇心， 乐于跟同伴 分享与合作。 3.重点与难点 重点：认识光在物体表面反射的现象与特征。 难点：利用光的反射现象设计制作潜望镜。 4.教学准备 若干大小适宜的平面镜、各种表面平滑度不同的物体、手电筒、若干张白色硬卡纸、长方 形硬纸盒(如牙膏盒)、剪刀、美工刀、透明胶带等。 4.4.七色光七色光 1.教学内容 本课在学生对雨后彩
13、虹有部分感性认识的基础上，通过利用不同方法制造“彩虹” ，了解 彩虹形成的特征与性质， 进而知道太阳光是由多种色光混合而成的。教学内容围绕着对太阳光 是由多种色光组成这一现象的观察了解展开。 本课教学活动由三个部分组成： 第一部分，指导学生分别利用镜子、水雾、三棱镜来制造“彩虹” ，体验、了解太阳光可 以分解为几种不同颜色的光，进而知道雨后彩虹的形成与阳光的关系。 第二部分， 根据科学史中科学家牛顿对色散现象研究的过程描述， 认识白光由红、 橙、 黄、 绿、蓝、靛、紫七种颜色的光组成，了解牛顿对光学研究的贡献。 第三部分，分别使用手电筒、分色圆盘陀螺观察几种不同色光混合时颜色发生的变化，了 解
14、、体会色散现象的逆过程。 2.教学目标 用三种方法制造“彩虹” ，能描述太阳光由多种颜色的光组成。 初步学会用不同的方法研究阳光的分解。 通过动手操作了解彩虹现象和色光的混合。 3.重点与难点 重点：利用彩虹现象解释说明太阳光由多种颜色的光组成。 难点：使用不同的方法制造“彩虹” 。 4.教学准备 镜子，水槽，喷雾器，三棱镜， 有关牛顿研究光的色散现象的图片，三只手电筒，红、 绿、 蓝三种颜色的透明玻璃纸，三色或多色圆盘陀螺等。 六六、参考资料参考资料 光源光源 通常将物体本身能发出可见光的发光者称作光源，又称发光体。如太阳及其他恒星、开启 的灯、 燃烧着的物质等。 但像月亮表面、 桌面等物体
15、只有依靠反射外来光才能使人们看到它们， 这样的反光物体不能称为光源。光源可以分为自然(天然)光源和人造光源。此外，根据光的传 播方向，光源可分为点光源和平行光源。 光的直线传播光的直线传播 光的传播是不需介质的，即光在介质(透明介质)中或真空中皆能传播。天气晴朗时，白天 可以享受温暖的阳光，夜晚可以欣赏皎洁的月亮，而太阳、月亮与地球之间的大部分空间并无 物质存在，呈真空状态，由此可见光可以穿过真空，不经介质而传播到地球上。光既可以穿越 真空，也可以在空气、水、玻璃等物质中传播。 光在真空或同种均匀介质中沿直线传播。生活中有许多相关事例，比如影子的形成。光线 在传播过程中遇到不透明的障碍物时不能
16、继续前进，障碍物后边形成影子。民俗技艺中的皮影 戏，日、月食等都与影子有关。当早晨的阳光从门窗的缝隙射入室内时，光是沿着直线行进。 夜晚手电筒和探照灯射出直线光束。 小孔成像小孔成像 在一个明亮的物体与屏幕间放一块挡板，挡板上开一个小孔， 在屏幕上会形成物体的倒立 实像，这种现象被称为小孔成像。其原理是光在同种均匀介质中，不受干扰的情况下沿直线传 播。前后移动中间的挡板，像的大小也会随之发生变化。各种颜色的光都能通过小孔后成像， 如果物体是彩色的，像也是彩色的，像与物体的颜色完全一样。小孔成像时，像的清晰程度与 小孔的大小有关、跟小孔的形状无关，这种现象反映了光沿直线传播的性质。 小孔成像现象
17、的发现是早期光学研究中揭示光的直线传播性的重要证据之一， 也是后世照 相、幻灯等技术诞生的物理基础。大约两千多年以前，我国的学者墨翟(墨子)在墨经中记 载了一系列关于光线成像、成影以及镜面反射规律的论述。这是世界上最早的关于光学问题的 论述，小孔成像就是其中一条。书中不仅描述了光线通过小孔在墙壁上形成倒立实像的现象， 还讨论了成像机制，正确地指出形成倒像的根本原因在于光的直线传播。 在西方，最早记载小孔成像现象的是古希腊哲学家亚里士多德。他在问题集中记述了 阳光穿过树叶的间隙在地上成像的现象，并尝试对其原因进行讨论。不过他给出的解释基本上 是错误的。此后，直到公元 10 世纪，阿拉伯学者海赛姆
18、才对小孔成像的原理给出了正确的解 释。这一工作与海赛姆的其他光学发现一样，后来传入欧洲，成为文艺复兴后欧洲相关研究的 基础。 古代关于视觉的解释古代关于视觉的解释 在古希腊时代，有三种理论来解释视觉：一是发射说，从人眼发出视线到达物体。毕达哥 拉斯、柏拉图等都持这种看法。二是进入说，物体发出影像到达人眼。伊壁鸠鲁、卢克莱修等 人主张这种看法。三是相遇说，人眼和物体各发出某种东西在空中相遇而产生视觉，亚里士多 德就是这么认为的。到了中世纪，阿拉伯科学家海赛姆在光学之鉴中首次驳斥了古希腊学 者的观点，即光线从眼睛里出来，从物体上反射回来，然后回到眼睛。他用解剖学的方法描述 了眼睛的构造，解释光线是
19、如何进入眼睛，被聚焦并投射到眼睛的后面。他是第一个提出视觉 是由于有光进入眼睛的人。 牛顿的光学研究牛顿的光学研究 从 1663 年起，牛顿(16431727)开始自己磨制透镜并且对望远镜的结构和性能产生了兴 趣。这是他从事创造性的光学工作的开始，这时他才 20 岁。16651666 年，剑桥大学因鼠疫 流行而关闭，牛顿回到故乡住了十八个月。1666 年，他用一个三棱镜将阳光分解成了七种色 光。1667 年初，牛顿重返剑桥，此后大约十年的时间是牛顿光学研究的主要时期。 牛顿用自己磨制的棱镜使光折射到对面墙上，看到了鲜艳而强烈的彩色光谱。他很惊奇地 发现，光谱是长椭圆形而不是预期的圆形。为了研究
20、这个现象，牛顿进行了一系列探究实验， 排除了各种可能外因，最终设计了著名的判决性实验。从这个实验中牛顿观察到，每一色光从 红到紫单独通过第二个三棱镜时，折射的现象逐渐变大，但颜色不会改变。因此，牛顿提出， 太阳光是由折射能力不同的几种光线混合而成的，每一种光线都是不能再分解的单纯色光。 根 据这个结论，牛顿又进行了一些实验，列出了十三条有关光和色的本质的结论。 彩虹的形成彩虹的形成 彩虹，又叫虹，气象学中的一种光学现象，是阳光射入空中的水滴经折射和反射在雨幕或 雾幕上形成的彩色圆弧， 常见的有主虹和副虹。 主虹由外圈到内圈依次为红、 橙、 黄、 绿、 蓝、 靛、紫七种颜色，有时候在主虹的外侧可
21、以看到外紫内红的副虹，即霓。事实上，彩虹有无数 种颜色，比如在红色和橙色之间有许多过渡色，但为了方便起见，只用七种颜色作为区分。 彩虹通常出现在下午雨后初晴时，这时空气中尘埃少而水滴多， 天空的一边因为仍有雨云 而较暗，观察者头上或背后因没有云的遮挡而出现阳光，彩虹就容易被看到。此外，瀑布附近 也常常出现彩虹;在晴朗的天气里，背对阳光向空中洒水或喷水雾可以制造人工彩虹。 平行的太阳光束照射到水滴上时，从不同部位以不同角度入射，入射光经水滴折射、内反 射后，向水滴外各个方向射出。不过，出射光大部分是发散光，只有从某一适当部位以一定入 射角射入水滴的光束，射出时仍保持平行，这时入射光和出射光的夹角
22、最小，光的强度最大， 形成彩虹。光束在水滴中经过一次内反射形成的是主虹，经过两次内反射形成的是霓。主虹常 见的视半径约为 42，霓常见的视半径约为 50。因为水对光有色散作用，不同波长的光在 水滴中的折射率不同，从红光到紫光折射率依次变大，折射角也依次变大，但光在水滴内被反 射，经过一次反射形成的彩虹的光谱是倒过来的，红光在上，紫光在下，经过两次反射形成的 光谱恰恰相反，这也就是为什么主虹和霓的色序相反。 色光三原色色光三原色 人的眼睛是根据所看见的光的波长来识别颜色的。 可见光谱中的大部分颜色可以由三种基 本色光按不同的比例混合而成，这三种基本色光是红、绿、蓝三原色光。这三种光以相同的比 例混合、且达到一定的强度，就呈现白色(白光);若三种光的强度均为零，就是黑色(黑暗)。 这就是加色法原理。加色法原理被广泛应用于电视机、监视器等主动发光的产品中。 色光三原色(加色法)：绿+蓝+红=白；红+绿=黄；蓝+绿=青；红+蓝=品红。
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