初中物理微专题-光学开放性实验探究 学案

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在光学实验设计中依据只是内容划分分为探究光的直线传播相关实验、探究光的反射定律相关实验、探究平面镜成像相关实验、探究光的折射相关实验、光的色散相关实验。在具体实验设计中往往只会结合具体器材探究某个实验中的某一条结论，因此熟记典型的光学实验相关操作步骤是必备基础。
单独的光学实验设计往往更加强调使用生活化的器材，手边的工具进行验证。因此要求在实验设计时能够灵活地根据所给的器材进行触类旁通式的设计。或者根据某一生活化的情景，提出问题进行实验的设计。这就要求同学们能够熟练地分辨各种生活中的光现象。
1.光源的选择：
（1）在验证光沿直线传播、光的反射、平面镜成像实验中，为了更好的记录光的传播路径应尽量选择亮度高易观查的激光光源。
（2）在进行小孔成像实验、平面镜成像实验应选择白光光源或“F”灯等不对称光源以探究像正倒关系。
2.光路的显示和实验现象的观察：
（1）对于激光光源，可采用粗糙的白色背景板，喷洒水雾、烟雾等形式更清晰的显示光路。
（2）对于白光光源为了得到更好的成像效果，或更好的观察色散现象，应在暗室中进行实验。
3.其他注意事项：
（1）涉及到具体规律探究时，需要记录光路测量角度等，还需要用到白纸、铅笔、量角器的测量绘制工具。
（2）为了得到普遍规律，应遵循多次测量的原则。设计实验和表格时要有相应的体现。
1．做物理实验可以帮助我们学好物理，我们身边的许多物品都可以是做物理实验的器材．现有一根吃饭用的筷子，请你用这根筷子作为实验器材，设计一个光学实验．（简要说明实验的做法和说明的问题；根据实验需要，可任选其他辅助器材）
2．七彩缤纷的彩虹、梦幻缥缈的海市蜃楼、奇妙的三日同辉现象都是由于光的折射形成的。现在手边有水杯、筷子、硬币、铅笔、鱼缸、碗等物品，请你选择合适的器材，设计一个实验证明光的折射现象的存在。
（1）实验器材： ；
（2）实验步骤： ；
（3）实验结论： 。
3．为了探究平面镜成像时，像到平面镜的距离v与物到平面镜的距离u的关系，现将泡沫塑料板放在水平桌面上，再将白纸平放并固定在泡沫塑料板上，在白纸中间画一条直线MN，把一块带支架的平面镜（不透明）沿直线MN放置，使平面镜底边与直线MN重合，且使平面镜垂直于纸面，如图所示．请你在图装置的基础上，利用一把刻度尺和一盒大头针设计一个实验，证明：平面镜成像时，像到平面镜的距离v等于物到平面镜的距离u。请写出实验步骤，画出实验数据记录表。
4．小明用如图所示装置研究光的折射规律，当激光笔射出的光从空气中斜射入半圆形玻璃砖时，他不断增大入射角，发现折射角始终小于入射角，于是小明得出光从一种物质斜射入另一种物质时入射角总是大于折射角的结论．请你只利用图中装置设计实验证明小明的结论是错误的．写出实验步骤和实验现象．
5．广州地铁六号线二期于2016年12月开通后，大大方便了黄埔区萝岗片的居民出行。小金站在地铁站台，他透过玻璃板制成的屏蔽门，可以看到车道另一侧竖直墙壁上的广告牌及自己在玻璃屏蔽门后面的虚像，如图所示。小金根据该现象设计了在站台上粗测玻璃屏蔽门到车道另一侧广告牌之间距离d的实验，请简单写出其实验步骤。
参考答案：
1．见解析
【详解】实验器材：碗、水、筷子
实验步骤：
1、首先将筷子放在空碗里，在C点观察筷子；
2、向碗内加满水，再观察筷子，如下图所示

实验现象：将筷子放入水中，保持眼睛和碗的位置不变，仍在C点，可以看到筷子水下的部分向上偏折。
实验结论：光在水中发生了折射。
2． 装适量水的碗、筷子 将筷子斜插入水中，观察到原来直的筷子变弯了 光从一种介质斜射入另一种介质时，存在折射现象
【详解】（1）[1]实验时可以在碗中倒入适量的水，把筷子斜插入水中，观察水中筷子的变化，所以需要的实验器材有装适量水的碗、筷子。
（2）[2]实验步骤：在碗中倒入适量的水，把筷子斜插入水中，观察水中筷子的变化。
（3）[3]把筷子斜插入装水的碗中，从水面上方观察，看到筷子水中部分好像向上折了，这是因为筷子在水中反射的光线，射到空气和水的交界面时发生折射，折射光线远离法线，逆着折射光看到的是它的虚像，比实际位置要浅。由此可得出实验结论：光从一种介质斜射入另一种介质时，存在折射现象。
3．见详解
【详解】实验步骤：
（1）在镜前纸上适当位置插一枚大头针作为物体S，用眼睛观察到它在镜中的像S′；
（2）在镜前物体S的右侧，用一只眼睛观察物体S的像S′，并沿视线在纸上插一枚大头针P1，使大头针P1恰好能挡住像S′；再插一枚大头针P2，使大头针P2恰好能挡住大头针P1和像S′；
（3）在镜前物体S的左侧，仿照步骤（2）分别在纸上插上大头针P3和P4；
（4）移去平面镜和大头针，通过大头针P1和P2在纸上的针孔画一条直线，再通过大头针P3和P4在纸上的针孔画一条直线，这两条直线的交点就是像S′的位置；
（5）用刻度尺分别测出物体S到直线MN的距离u和像S′到直线MN的距离v，并分别将u和v的数据记录到实验数据表中；
（6）改变物体S的位置，仿照步骤（1）~（5），再做5次实验。
实验数据记录表
4．见解析所示
【详解】实验步骤：①实验装置如下图，用激光手电沿原来的折射角从玻璃射到空气水中，画出折射光线的径迹；如图所示：
②让入射角分别为20∘、30∘、40∘，重复上述实验，用量角器测出折射角，填入表格；③分析数据，得出结论：光从玻璃斜射入空气中时入射角小于折射角．
实验表格：
【点睛】首先知道光从空气斜射入水等介质中时，折射角小于入射角；其次明确折射角随入射角的改变而改变，最后根据折射时光路是可逆的设计实验证明小明的结论即可．
5．见解析
【详解】此实验考察平面镜成像，玻璃门相当于平面镜，玻璃屏蔽门到车道另一侧广告牌之间距离d即平面镜到像的距离。
（1）小金相对玻璃屏蔽门前后移动，直到观察到他自己在玻璃屏蔽门后所成的像与广告牌在同一竖直平面上；
（2）记录自己站立的位置；
（3）小金与门的距离和广告牌与门的距离相等，用刻度尺测出小明与门的距离即可知道门到车道另一侧广告牌之间的距离；
（4）根据平面镜成像的特点：物到平面镜的距离等于像到平面镜的距离，可得知步骤（3）中量得的距离就是玻璃屏蔽门到广告牌之间的距离d。
u/m
v/m
实验次数
1
2
3
入射角i/°
20
30
40
折射角γ/°