趙躍文

（衢州市衢江區(qū)杜澤中學(xué)，浙江 衢州 324017）

1 實(shí)驗(yàn)背景

高中物理教科書中把“光的折射”現(xiàn)象定義為：當(dāng)光從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)中時(shí)，光的傳播方向發(fā)生變化.在生活或者物理實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生經(jīng)常能觀察到的折射現(xiàn)象也往往是光從一種介質(zhì)傳遞到另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向的改變，如從空氣射入水中或從空氣射入玻璃中等.事實(shí)上，即使是在同一種介質(zhì)中，當(dāng)介質(zhì)的密度發(fā)生改變時(shí)也會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象.本實(shí)驗(yàn)，不僅能夠觀察光在兩種介質(zhì)界面上的折射現(xiàn)象，還能觀察由于密度變化時(shí)光線發(fā)生的折射現(xiàn)象從而進(jìn)一步模擬“海市蜃樓”現(xiàn)象.

2 實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備

透明水槽1個(gè)、激光筆1支、煤油、食鹽、輸液瓶及導(dǎo)管1套、升降臺(tái).

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 觀察光在不同介質(zhì)界面上的折射

圖1

不相容的液體介質(zhì)（如水和煤油）在同一容器中會(huì)自然分層（如圖1），當(dāng)使用激光筆等光線從各個(gè)方向射入，便可以看到空氣和水的界面、水和煤油的界面上發(fā)生折射現(xiàn)象.

反思：生活中，學(xué)生易于觀察到光線從空氣射入介質(zhì)或介質(zhì)射入空氣的折射現(xiàn)象，但光在兩種非空氣界面上的折射現(xiàn)象并不易于觀察.此實(shí)驗(yàn)使用激光筆作為光源，可以讓光路可視化，不僅能觀察到空氣與水界面上的折射現(xiàn)象，還可以觀察到水與煤油界面上的折射現(xiàn)象.

3.2 觀察光在密度不同的同一介質(zhì)中的折射現(xiàn)象

如圖2所示，在透明水箱中注入純水，在水的底部注入飽和食鹽水.為了防止混合，應(yīng)使用輸液瓶及輸液導(dǎo)管，從水槽底部緩慢注入飽和食鹽水.制成后，用激光筆從不同方向射入便可觀察到同一介質(zhì)中密度變化時(shí)光的折射現(xiàn)象.當(dāng)然，也可以現(xiàn)在水下注入相當(dāng)于飽和食鹽水一半濃度的食鹽水，在其下面再注入飽和食鹽水，將全部水分為3段.利用激光筆從不用角度入射光線，可觀察到形成弓形的光線.隨著入射角的變化，有時(shí)在表面會(huì)出現(xiàn)全反射現(xiàn)象，光線將不能射出表面.此時(shí)可以告知學(xué)生這就是光纖的基本原理.

圖2

反思：實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是制造分層明顯的不同濃度的食鹽水，要求在水槽底部注入食鹽水時(shí)應(yīng)盡量緩慢一些.若想得到密度漸變的溶液，可用玻璃棒在邊界附近輕輕攪動(dòng)，幫助其擴(kuò)散，這樣就可以看到彎曲狀的光線.這里可以適時(shí)的糾正學(xué)生認(rèn)為光都是沿直線傳播的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)光沿直線傳播是要有一定的條件的.

3.3 觀察“海市蜃樓”現(xiàn)象

圖3

反思：“海市蜃樓”現(xiàn)象是非常吸引學(xué)生的一個(gè)光學(xué)現(xiàn)象，但是大多數(shù)學(xué)生只能在電視或者網(wǎng)絡(luò)上了解到這一現(xiàn)象.教師可以先讓學(xué)生觀看“海市蜃樓”的圖片或影像資料再演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生利用物理學(xué)知識(shí)解釋物理現(xiàn)象的能力的同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.