火“烧”光的奇特效果

来源 :中学物理·初中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dingsiwei2009
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  北师大版八年级物理上册《光的传播》中,通过探究实验,学生可以直观地认识到“光是沿直线传播的”。但这样的认识是不完整的,结论是不严密的。 “光总是沿直线传播吗?” “光沿直线传播的条件是什么?”,为了解决这些疑问,完善实验结论,笔者设计了下面的实验。
  实验目的演示“光在不均匀的空气中的传播方向会发生改变”。
  实验器材
  激光器一只(要求聚光效果好,光点直径在2 mm以内)
  铁架台一套
  白光屏(面积不小于0.2 2)一块
  无水乙醇200 mL
  不锈钢盘一个(直径不小于20 cm)
  设计思路点燃无水乙醇,加热上方的空气,使其受热膨胀,密度变小,与周围空气产生对流,光通过不均匀的空气时,传播方向就会发生改变。
  器材组装如图所1示,把激光器水平固定在铁架台上,其高度与光屏中心在同一水平线上,加热盘安放在光路的下方,加热盘离激光器约30 cm,加热盘的高度要保证激光刚好通过外焰的正上方,光屏离激光灯约4 m左右,光屏的方向要便于学生观察。
  演示过程
  1.开启激光器,光屏上有静止的光斑。
  2.点燃加热盘内的无水乙醇,光斑在屏上发生抖动,抖动幅度约有1厘米,现象明显。
  3.由学生讨论探究实验现象产生的原因。
  4.师生共同归纳总结。
  原理分析实验中,由于无水乙醇燃烧时温度较高,空气对流速度快,造成火焰上方的空气和周围的空气极不均匀,折射越发明显,且光线的水平偏转角不断变化,致使光屏上的光斑发生抖动。实验中,加热的温度越高,现象越明显。
  教学效果学生在实验室中亲眼看到了“光在不均匀介质中不一定沿直线传播”,从而得出了“光在均匀介质中是沿直线传播的”,这样做加深了学生对实验结论的准确理解,突破了教学的难点。以往为了强调介质的均匀性,教材上大都给出光在不均匀介质中不沿直线传播的一些例证,如早晨太阳光在不均匀的大气中沿曲线传播、海面与沙漠上空的空气不均匀造成的海市蜃楼、夜空中的星星为什么会摇曳眨眼睛等。由于这些自然现象涉及光程很长,在实验室中无法模拟。虽然可以通过电教手段播放相关的动画、录像,但给人的感觉总是不够真切,所以通过这样一个实验的创设,能让物理教学变得轻松而且科学。
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