1、探究光的直线传播的条件

①引导学生应用桌面上的器材,通过开放性实验探究得出:光在空气、水、以及果冻这些介质中沿直线传播,但在两种介质的界面上要发生偏折。

[问题一]同学们刚才看到了许多光沿直线传播现象,但是光总是沿直线传播吗?

先开放性分组实验,然后小组间交流实验结果

方法一:用激光笔发出光束向滴了少量墨水的水中投射,可以看到光在水中沿直线传播。

方法二:用激光笔发出光直接照射果冻,发现光在果冻中沿直线传播。

方法三:将激光射过拉直了的橡皮管,但橡皮管弯曲就无法射过。

方法四:将几枚大头针插在一条直线上,眼睛沿这条直线看去只能看到第一根针。

方法五:将激光沿白屏从空气斜射入水中,可以看到光在空气和水中的路径都是直线,在空气和水的界面上发生了偏折。

组织学生归纳得出:

光在空气、水、果冻、玻璃中沿直线传播;但在两种介质的界面上发生了偏折。

②教师演示光在非均匀糖水中传播的实验。得出光在同种非均匀介质中路径发生弯曲。

[问题二]这两个现象说明光必须在同种介质中才沿直线传播,但光在同种介质中光就一定沿直线传播吗?

教师演示:如图1,在支架上固定一个薄水槽,其中放置一个白屏来显示光的路径,事先配有四杯浓度不同的糖水,将它们按浓度从大到小依次倒入水槽(四种糖水的量按一定的比例),由于各层糖水间相互混合,所以水槽内形成了从上到下浓度逐渐变大的不均匀糖水。将一束激光从透明水槽侧面沿白屏表面75°左右的入射角,由最上层溶液斜向下射入非均匀糖水,可见激光路径在非均匀糖水中向下弯曲。

同时做一个对照实验,用激光光束斜射入同种均匀的蔗糖溶液中,再对同学们观察──光的路径仍是直线。

③引导学生归纳出光沿直线传播的条件:光在同种均匀介质中沿直线传播。

(发掘生活中的问题和现象,启发学生思维,在变化的情境中,激发学生去探索。用科学知识解释实际生活中的现象。)

师:(演示手影)请看,这是生活中常见的一种光学现象,谁能用今天所学的知识来解释一下?

(学生讨论后得出结论)

生:光在均匀介质沿直线传播过程中,遇到不透明的物体,在物体后面光不能达到的区域便形成了影子。

师:同学们都在路灯下走过,(动画演示一个人在路灯下走过时的情形)请大家仔细观察,这里有一个很有趣的现象,看谁能发现。

生:人的影子会发生长短变化。

师:谁能用学过的知识解释,为什么人的影子会发生长短变化呢?(学生回答,老师鼓励,微机辅助演示释疑。)

师:能否根据影子的形成,说明汽车的前灯为什么安装在车的下部?

(提示:夜间行车,灯光照射的路面一片光亮,表明路面是平坦的;如果有黑影,说明路面是坎坷不平的。)

生:(释疑)由作图可知,对于同样高的障碍物,如果光线从较高的地方射向障碍物,其影子比较短;光线从较低的地方射向障碍物,其影子长一些,这样有助于司机看清前面路面的凹凸情况,所以汽车的前灯要安装在车头的下部。

师:回答得非常好!老师还知道同学们最爱看动画片,请看《宝莲灯》片段中发生了什么自然现象。(播放)

生:月食。

师:(质疑)你相信月亮确实被天狗吃了吗?用微机动画模拟演示日食、月食的成因。

(学生讨论、交流后回答。)

生1:月球运行到地球与太阳中间并成一直线时,太阳的光被月亮挡住,地球表面上某些地区短时间看不到太阳就出现日食。

生2:地球运行到月球与太阳的中间并成一直线时,太阳光被地球挡住,不能射到月球上,月球上出现阴影,就是月食。

师:光的直线传播在实际生活中还有什么应用?谁能再举例说明?

生:检查排直队,打靶瞄准时。

生:什么是激光准直?

(教师用微机模拟利用激光准直来凿隧道,并演示掘进机在激光束的引导下工作。)

师:激光的方向性好,而亮度随距离增大而减弱得小。因此,用它能保证掘进方向不变。

生:小孔成像是怎么回事?能利用这节的知识解释吗?

师:你提的问题很好!请同学们观看我国古代伟大的思想家、科学家墨翟的介绍,并欣赏小孔成像的动画演示。

师:(启发)通过图片介绍和动画演示,你了解到了什么?

生:我们知道墨翟是世界上第一个论述光的直线传播规律,并最早进行小孔成像实验的科学家。

师:(引申)同学们在明确小孔成像的特点和原理后,还可用白炽灯和不透光的纸观察灯丝的像,根据小孔成像制作针孔照相机,这个“小实验”及“小制作”留给大家去研究。

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