光現(xiàn)象中涉及到的知識點有:光的直線傳播,光的反射和折射規(guī)律,平面鏡成像的特點及應用,這些知識點與生產、生活密切聯(lián)系,能夠創(chuàng)設實際問題情景,是科學探究的良好切合點,特別是光的反射、折射、凸透鏡成像等,成為光現(xiàn)象中科學探究的熱點。
例1在研究光的折射時,小明知道了光從空氣斜射入水中時。折射角小于入射角:光從水斜射入空氣中時,折射角大于入射角,小明想:光在其他透明介質的分界面發(fā)生折射時有什么規(guī)律呢?即什么條件下折射角小于入射角,什么條件下折射角大于入射角?
為了研究這個問題,他在老師的指導下做了如下實驗:讓一激光手電筒射出的光束從水斜射入玻璃,再從玻璃依次斜射入冰、空氣中,其光路如下圖1所示,然后老師又告訴他光在一些透明介質中的傳播速度,如下袁。
試回答:
(1)針對小明提出的問題,仔細觀察圖中的光路,對照表格中的數據進行分析,你能得出什么結論?
(2)根據你得出的結論,請在圖2中畫出光由玻璃斜射入酒精中時。折射光線的大致位置。
解析這是一個探究光在不同介質中傳播角度的問題,題中已給出研究的實驗方法和實驗結果,我們只要結合實驗圖示中的角度與表中給出的速度就能得到相關的結果,并把這一結果應用到第(2)小題中,這是屬于科學探究過程中的實驗分析能力和應用的探究,我們不僅要學會提出問題和進行猜想、實驗設計等方面的方法,也要運用實驗現(xiàn)象和數據得出結論并把結論在實際中應用,所以本題要考查的是得出實驗結果的能力和應用能力。
答(1)光從傳播速度大的介質斜射人傳播速度小的介質中時。折射角小于入射角;光從傳播速度小的介質斜射入傳播速度大的介質中時,折射角大于入射角,
(2)光路圖略,(提示:光在酒精中的傳播速度要大于在玻璃中的傳播速度,所以光在酒精中的折射角要略大于在玻璃中的入射角)
例2在科幻小說《往日之光》中,作者鮑勃·肖幻想了一種慢透光玻璃,講述了一段美麗動人的故事:
想像有一種玻璃,光在這種玻璃中運動的速度極慢,通過半厘米厚需要10年,比蝸牛的速度還慢得多,當一塊慢透光玻璃制出來時,望上去總是一片漆黑,因為還沒有光穿過它,把這種玻璃放在風景秀麗的林中、湖邊,帶著這些美麗的景致的光陷入慢透光玻璃中,10年也出不來,把在這種地方放了10年的玻璃鑲在城市住宅的窗戶上,那么,在下一個10年中,這個窗子外面便仿佛呈現(xiàn)出林中、湖泊的美景,各種動物無聲地前來飲水,空中百鳥飛翔,日夜在交替,季節(jié)在變化,身在鬧市,如居山林。
這確實是一個有意思的幻想,但關鍵是要降住飛馳的光,科學技術發(fā)展到今天,部分科幻已經開始變成現(xiàn)實。
(1)本文作者進行科學幻想的依據是什么?
(2)在生活和學習中你一定也有許多奇思妙想吧,簡要寫出一種想像及其依據,
解析這是一道屬于閱讀理解式的探究題,文中的想像其實是種假設,假設雖然可以無約束,但也不能憑空猜想,猜想或假設要有理論依據,本題就是在合理的猜想基礎上想像的一種情景,科學原理告訴我們。光在不同的介質中傳播速度是不同的,那么能否想像或尋找到一種讓光速極慢的介質,那樣的話,光在其中就能折射出各種景象來,也就是本題展現(xiàn)的情景。
答 (1)光在不同的介質中傳播的速度不同。
(2)常溫下制成超導體,依據是超導材料與溫度有關,(其他答案也可)
例3在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中:第1小組同學依次把點燃的蠟燭、透鏡、光屏放在光具座上,但是,在實驗中無論怎樣移動光屏都找不到清晰的像,請你幫他們找出一個可能的原因:______________________________________________。
其他的實驗小組分別進行了若干次操作,并把實驗數據準確記錄在下面表格中,
(1)請分析第l、2、3次實驗的數據,你能得到什么結論?(寫出兩簪即可)
(2)在第5次實驗中,從_______側通過透鏡可以看到在_______一側放大的像。
解析 凸透鏡成像規(guī)律的實驗探究是光現(xiàn)象中的一個重要實驗。這里涉及到科學探究的各個方面,有實驗現(xiàn)象的分析、規(guī)律的得出、不能成像的原因等方面,本題中第1小組的同學找不到清晰的像就屬于可能性方面的探究,對實驗數據的分析得到結論屬于實驗分析能力的考查,從物距、像距、像的性質(大小、正倒)幾方面可以得到較多的結論,第5次實驗中物距已在1倍焦距以內,因此只能成正立、放大的虛像,且像成在物體的同側。
答找不到清晰的像的原因可能是:①蠟燭的燭焰、透鏡、光屏三者的中心不在同一直線上;②蠟燭放在了焦點上;③蠟燭放在了焦點以內;④蠟燭放在1倍焦距和2倍焦距之間,但離焦點過近,成像較遠,光具座不夠長,光屏承接不到像,
(1)物距大于焦距時像是倒立的;物距越大,像距越小;物距越小。像距越大;物距大于2倍焦距時成縮小的像。
(2)光屏 蠟燭