基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)：趣味光學(xué)實(shí)驗(yàn).doc

光學(xué)基礎(chǔ)性趣味實(shí)驗(yàn)光學(xué)基礎(chǔ)性趣味實(shí)驗(yàn) 目 錄 實(shí)驗(yàn) 1 光與彩虹 人造彩虹 2 實(shí)驗(yàn) 2 人造彩虹 2 3 實(shí)驗(yàn) 3 光的折射實(shí)例 5 實(shí)驗(yàn) 4 自制放大鏡 6 實(shí)驗(yàn) 5 紅外線實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì) 7 實(shí)驗(yàn) 6 多功能小孔成像儀的制作 8 實(shí)驗(yàn) 7 自制針孔眼鏡 小孔成像的應(yīng)用 9 實(shí)驗(yàn) 8 鏡子中有無數(shù)個(gè)鏡子 10 實(shí)驗(yàn) 9 日食和月食的演示 11 實(shí)驗(yàn) 10 制作針孔照相機(jī) 12 實(shí)驗(yàn) 11 用激光器演示光的直線傳播 13 實(shí)驗(yàn) 12 全反射現(xiàn)象觀察 14錯(cuò)誤 未定義書簽 錯(cuò)誤 未定義書簽 2 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 1 1 光與彩虹 人造彩虹 光與彩虹 人造彩虹 思考 思考 你用什么辦法能制作出與空中彩虹顏色一樣的彩虹 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 清水 1 盆 平面鏡 1 個(gè) 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)操作 1 取一小盆并加入 2 3 的水 再把鏡子斜放于盆內(nèi) 2 使鏡面對(duì)著陽光 在水盆對(duì)面的墻上就能看到美麗的彩虹 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 將鏡子插入水中時(shí) 在對(duì)面的墻上就能看到美 麗的彩虹 它是光的折射作用 實(shí)驗(yàn)表明 白光通過三棱鏡后就會(huì) 分解為紅 橙 黃 綠 藍(lán) 靛 紫等七種顏色的光 這就是光的 色散 這里鏡面左側(cè)的水就好像一個(gè)三棱鏡 因而光射出水面后就 會(huì)發(fā)生色散 形成彩虹 創(chuàng)新 創(chuàng)新 想一想 還有什么辦法 可以制造出美麗的彩虹 3 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 2 人造彩虹人造彩虹 2 準(zhǔn)備材料 準(zhǔn)備材料 水 一個(gè)玻璃杯 一張白紙 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 在玻璃杯中裝滿水 把杯子拿到陽光可以照射到的窗臺(tái)上 2 把紙放到陽光透過杯子投射進(jìn)來的地方 這樣在紙上就可以 看到彩虹的色彩 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 光線被水折射了 因而投射到紙上的顏色是陽光被分解之后的 顏色 原理跟天空中彩虹的形成是一樣的 當(dāng)陽光以 40 到 42 度的 角度照射空中的水珠時(shí) 陽光通過水珠時(shí)發(fā)生折射 投射到空中形 成了彩虹 知識(shí)問答 知識(shí)問答 彩虹為什么總是彎曲的 想象你看著東邊的彩虹 太陽在從背后的西邊落下 白色的陽 光 彩虹中所有顏色的組合 穿越了大氣 向東通過了你的頭頂 碰 到了從暴風(fēng)雨落下的水滴 當(dāng)一道光束碰到了水滴 會(huì)有兩種可能 一是光可能直接穿透過去 或者更有趣的是 它可能碰到水滴的前 緣 在進(jìn)入時(shí)水滴內(nèi)部產(chǎn)生彎曲 接著從水滴后端反射回來 再?gòu)?水滴前端離開 往我們這里折射出來 這就是形成彩虹的光 水滴對(duì)光的反射 折射加色散形成彩虹 色散后不同色光出射 的方向不同 對(duì)一個(gè)水滴出射的光我們只有站在特定的觀察點(diǎn)上才 能看見特定的顏色光 而我們平時(shí)是站在固定的觀察點(diǎn)上去看空中 4 多個(gè)水滴 這樣 不同水滴中出射的同一種色光能夠到達(dá)眼睛 這 些水滴必然是在空中排成圓弧 相對(duì)觀察者講 如果觀察點(diǎn)移動(dòng) 就由一組新的水滴構(gòu)成一個(gè)新的圓弧 其實(shí)我們每個(gè)人看到的并不 是同一個(gè)彩虹 光穿越水滴時(shí)彎曲的程度 端視光的波長(zhǎng) 即顏色 而定 紅 色光的彎曲度最大 橙色光與黃色光次之 依此類推 彎曲最少的 是紫色光 每種顏色各有特定的彎曲角度 陽光中的紅色光 折射的角度 是 42 度 藍(lán)色光的折射角度只有 40 度 所以每種顏色在天空中出 現(xiàn)的位置都不同 若你用一條假想線 連接你的后腦勺和太陽 那么與這條線呈 42 度夾角的地方 就是紅色所在的位置 這些不同的位置勾勒出一 個(gè)弧 既然藍(lán)色與假想線只呈 40 度夾角 所以彩虹上的藍(lán)弧總是在 紅色的下面 彩虹之所以為弧型這當(dāng)然與其形成有著不可分割的關(guān)系 同樣這也 與地球的形狀有很大的關(guān)系 由于地球表面為一曲面而且還被厚厚 的大氣所覆蓋 在雨后空氣中的水含量比平時(shí)高 當(dāng)陽光照射入空 氣中的小水滴形成了折射 同時(shí)由于地球表面的大氣層為一弧面從 而導(dǎo)致了陽光在表面折射形成了我們所見到的弧形彩虹 5 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 3 3 光的折射實(shí)例光的折射實(shí)例 思考 思考 當(dāng)筷子插一半在水中時(shí) 看到的是筷子 折斷 的樣子 這是什么原因呢 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 紐扣 1 枚 水少許 淺底盤 1 個(gè) 玻璃杯 1 個(gè) 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)操作 1 將紐扣放在盤中 2 杯子杯口朝上 壓在紐扣上 3 一同學(xué)從側(cè)面觀察 另一同學(xué)往杯內(nèi)慢慢倒入清水 倒著倒 著就會(huì)發(fā)現(xiàn)看不到紐扣了 4 如果向盤子中加些水 慢慢可以看到紐扣又出現(xiàn)了 注意 注意 觀察紐扣時(shí)要從側(cè)面觀看 如果從紐扣上方觀察 總能 看清紐扣 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 1 當(dāng)杯子漸漸注入水時(shí) 由于光線折射 紐扣的影像會(huì)消失 2 把水再加入盤子中 改變光的折射角度 紐扣影像會(huì)重新出 現(xiàn) 想一想 想一想 光由空氣進(jìn)入水中 或由空氣進(jìn)入玻璃中 就會(huì)產(chǎn)生 一些折射的現(xiàn)象 那么 就請(qǐng)你想一想 生活中還有哪些光的折射 事例呢 6 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 4 自制放大鏡自制放大鏡 思考 思考 水也能當(dāng)放大鏡 你知道嗎 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 水 保鮮膜 大碗 1 個(gè) 彩色珠子 實(shí)驗(yàn)操作 實(shí)驗(yàn)操作 1 把彩色珠子放入碗中 用保鮮膜封住碗 2 用手輕輕把碗口上面的保鮮膜向下按一些 使保鮮膜成倒錐 形 3 將水倒在保鮮膜上 通過水看碗中的物體 觀察彩色珠子 與平時(shí)有什么不同 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 實(shí)驗(yàn)中的科學(xué) 碗里的物品看起來大了不少 這是因?yàn)楸ｕr膜 上的水形似凸透鏡 而通過凸透鏡看到的物體往往會(huì)大于原有形狀 我們通常所說的放大鏡就是凸透鏡 中間厚而邊緣薄 投影儀 照 相機(jī) 攝像機(jī) 顯微鏡等儀器的鏡頭就是凸透鏡 7 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 5 5 紅外線實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì) 紅外線實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì) 1 實(shí)驗(yàn)器的制作 1 把內(nèi)壁后面鍍有銀 功率為 250W 帶燈座和電源插頭的紅 外線燈固牢在光學(xué)光具座的最左端上 2 用超粘膠把圓球形燒瓶的底粘牢在光學(xué)光具座燭臺(tái)上 然后 把它裝在光具座上紅外線燈的右邊 距燈約 20 3 用超粘膠把乒乓球粘牢在光具座另一燭臺(tái)上 并把它裝在光 具座上的圓球形燒瓶的右邊 實(shí)驗(yàn)裝置便安裝完成 2 實(shí)驗(yàn)操作 1 調(diào)節(jié)光具座上的紅外線燈 燒瓶和乒乓球 使燈絲 球形體 和乒乓球三者的中心點(diǎn)在同一水平高度的一條直線上 2 把含碘的二硫化碳溶液倒進(jìn)圓球形燒瓶里 裝滿圓球形體 碘含量能使溶液呈黑色為好 即可 3 接上電源 開啟紅外線燈 4 含碘的二硫化碳溶液能吸收可見光而讓紅外線穿透過 這個(gè) 裝有含碘的二硫化碳溶液的圓球形燒瓶 相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡 當(dāng)把 乒乓球左右移動(dòng)至這個(gè) 凸透鏡 的焦點(diǎn)上時(shí) 乒乓球就會(huì)被燒焦 5 把其他的易燃物或溫度計(jì)的玻璃泡放在乒乓球的位置上時(shí) 也會(huì)看到易燃物被燒焦燃燒起來或溫度計(jì)的液柱迅猛升高的現(xiàn)象 8 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 6 6 自制針孔眼鏡 自制針孔眼鏡 小孔成像的應(yīng)用小孔成像的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)原理 小孔成像 實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)器材 兩個(gè)直徑 30 40 毫米的軟塑料瓶蓋 大頭針 打 火機(jī) 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)步驟 1 用打火機(jī)把大頭針燒紅 在瓶蓋中間扎一個(gè)小孔 直徑約 1 毫米 2 再在瓶蓋兩側(cè)各扎兩個(gè)小孔 用線穿起 來就是一副眼鏡 實(shí)驗(yàn)用途 實(shí)驗(yàn)用途 戴上這副眼鏡 便能看清楚周圍的一切 奇怪的是 不 管是 300 度 500 度的近視眼 還是遠(yuǎn)視眼 戴上它都能看清楚物 體 實(shí)驗(yàn)解析 實(shí)驗(yàn)解析 運(yùn)用了小孔成像原理 當(dāng)光線通過小孔后 不管光屏遠(yuǎn) 近 成像總是清晰的 人眼睛的視網(wǎng)膜 就好像是個(gè)光屏 一般情 況下近視眼的人 成像在光屏之前 遠(yuǎn)視眼的人 成像在光屏之后 成像不在光屏上 所以看不清楚 加了小孔之后 不管近視遠(yuǎn)視 9 都能在視網(wǎng)膜上成像了 所以看得清楚了 此技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入日常生 活 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 7 7 制作針孔照相機(jī) 制作針孔照相機(jī) 制作步驟 用兩個(gè)口徑相差不大的易拉罐 在口徑較大的易拉罐 底部中央用釘子打一直徑為 1mm 的小孔 把開口的一端放在砂紙上 磨一磨 去掉前蓋 把另一個(gè)口徑較小的易拉罐后端放在砂紙上磨 一磨 把后端去掉 再在這一端蒙上半透明紙或塑料薄膜作為成像 屏 把口徑較小的易拉罐蒙著成像屏的一端向里小心套進(jìn)口徑較大 的易拉罐中 小孔照相機(jī)就制作成了 你可以讓小孔對(duì)準(zhǔn)光亮的物 體 眼睛從口徑較小的易拉罐口往里看 就可以看到所觀察物體的 像了 你也可以把口徑較小的易拉罐前后拉動(dòng)一些再進(jìn)一步觀察 看一看景物的像大小怎樣變化 你如何解釋景物所成的像和像的變 化呢 10 原理揭秘 針孔照相機(jī)的原理是光的直線傳播 根據(jù)幾何知識(shí) 景物所成的像和景物是相似的 屏離小孔的距離不同 相似比大小 不同 所成的像自然發(fā)生大小的變化 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 8 8 鏡子中有無數(shù)個(gè)鏡子 鏡子中有無數(shù)個(gè)鏡子 步驟 取兩個(gè)小圓鏡 市面上能買到 正面相對(duì) 你觀察鏡子會(huì)看到 奇怪的現(xiàn)象 一個(gè)鏡子中有無數(shù)個(gè)鏡子出現(xiàn) 原理揭秘 正面相對(duì)的兩個(gè)鏡子甲 乙 甲相對(duì)于乙是個(gè)物體 可 以在乙中成一個(gè)像 這個(gè)像相對(duì)于甲鏡子又是一個(gè) 物體 在甲 鏡子中成像 在甲鏡子中成的像相對(duì)于乙鏡子又是一個(gè)物體再次在 鏡子乙中成像 如此不斷的有 物 出現(xiàn) 就有無數(shù)個(gè)大小相同的 像出現(xiàn)在鏡子中 因此 在甲 乙鏡子中都能看到無數(shù)個(gè)鏡子 擴(kuò)展 一個(gè)物體在兩個(gè)互成角度的平面鏡中能成幾個(gè)像 取兩個(gè)平面鏡使其鏡面相對(duì)互成角度 在兩鏡之間夾角處放一硬幣 改變兩平面鏡的夾角 看看在鏡子中能找到幾個(gè)硬幣的像 現(xiàn)象 觀察中發(fā)現(xiàn) 兩個(gè)鏡子之間夾角大于 90 在每個(gè)鏡子中只 能成一個(gè)像 兩個(gè)鏡子之間夾角等于 90 在每個(gè)鏡子中成一個(gè)像 在鏡子交角處成了一個(gè)像或者在一個(gè)鏡子中看到兩個(gè)像 在另一個(gè) 鏡子中看到一個(gè)像 總共有三個(gè)像出現(xiàn) 當(dāng)繼續(xù)減小兩鏡之間 11 的夾角 會(huì)看到每個(gè)鏡子中的像的個(gè)數(shù)逐漸增加 當(dāng)兩個(gè)鏡子之間 夾角為 0 時(shí) 每個(gè)鏡子中又有無數(shù)個(gè)像出現(xiàn) 原理揭秘 實(shí)際上 兩個(gè)鏡子之間夾角為 0 和 180 是特例 夾角 為 180 時(shí) 兩個(gè)鏡子在一個(gè)平面內(nèi) 兩個(gè)鏡子中只能成一個(gè)像 0 時(shí)相互平行 情況和 兩個(gè)平面鏡鏡面相對(duì)的成像觀察 相同 夾角為銳角時(shí) 成像原理和夾角成 0 是類似 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 9 9 日食和月食的演示 日食和月食的演示 器材 地球儀 皮球 蠟燭 操作 1 在桌上放一支蠟燭 代表太陽 一只手拿地球儀 另一 只手拿皮球 代表月亮 2 使 地球 圍繞 太陽 轉(zhuǎn)動(dòng) 月亮 繞 地球 轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng) 月亮 轉(zhuǎn)到 太陽 與 地球 之間時(shí) 使三者處于一條 直線上 月亮 的黑影落在地球上 形成日食 如圖 a 所示 當(dāng) 月亮 運(yùn)行到 地球 的背后 這時(shí) 地球 處在 月亮 與 太陽 之間 三者在一條直線上 地球 擋住了 太陽 射 12 向 月亮 的光線 形成月食 全部擋住是月全食 擋住一部分是 月偏食 如圖 b 所示 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 1010 多功能小孔成像儀的制作 多功能小孔成像儀的制作 制作材料 內(nèi)外筒用 PVC 管 光屏用半透明繪圖紙 固定插槽和鋁制插 片用易拉罐 觀察孔和小孔封閉端用薄鐵皮 外包裝用自貼紙 黑 油漆 1 解決光屏過亮的問題 將成像儀主體改為兩個(gè)短長(zhǎng)不 一 可相互套著并能抽拉的內(nèi)外圓筒 內(nèi)壁涂黑油漆 外筒長(zhǎng)約 32CM 一端封閉 中間只留一個(gè) 直徑 8MM 的小孔 母孔 開 口端可套內(nèi)筒 內(nèi)筒一端貼光屏 另一端封上只留一個(gè)長(zhǎng)方形的觀 察孔 8CM 2CM 內(nèi)筒較外筒略長(zhǎng) 考慮到 人眼的明視距離 內(nèi)筒 長(zhǎng)度約為 34CM 將內(nèi)筒有光屏一端插入外筒 兩筒相套 這樣內(nèi)外 筒便成了光屏的暗室 不論在暗室觀察燭光 還是在白天光線強(qiáng)的 情況下均能看清像 可抽動(dòng)的內(nèi)外筒 還解決了可調(diào)節(jié)光屏及像距 這一問題 2 解決可調(diào)節(jié)孔的大小和形狀這兩個(gè)問題 在母孔的外側(cè)裝上兩個(gè) 固定插槽 用來固定鋁制插片 插片上鉆幾個(gè)形狀各異或大小不同 13 的小孔 這樣更換和抽動(dòng)插片 即可實(shí)現(xiàn)改變不同形狀或大小不一 的孔來觀察實(shí)物 3 解決觀察像的大小問題 在光屏畫上十字形標(biāo)尺 即可方便讀出 像的大小 4 解決直接讀出像距的問題 在內(nèi)筒上畫出 或貼上 像距標(biāo)尺即 可 將小孔對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)物 通過內(nèi)筒的觀察孔 可以清晰地看到光 屏上呈現(xiàn)出觀測(cè)物倒立彩色的像 抽拉內(nèi)筒或更換插片 便可以看 到不斷變化的像等其他各類現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 1111 用激光器演示光的直線傳播 用激光器演示光的直線傳播 器材 連續(xù)輸出的氦氖激光器 火柴 操作 1 接通激光器電源 使激光器工作 激光器射出一束光束 在清 潔的室內(nèi)空氣中懸浮的微粒少 光束徑跡看不太清 在黑板的左 面 或右面 墻上打出一個(gè)紅色的光斑 2 向激光束經(jīng)過的空間噴煙 立即顯現(xiàn)出一條鮮艷的紅色光束 3 斷開電源 使激光器停止工作 注意事項(xiàng) 1 激光電源和激光管工作電壓較高 操作時(shí)要注意安全 2 嚴(yán)禁有意識(shí)地把眼睛直接對(duì)著激光束觀察 以免損傷眼睛 為 了防止意外 可以采用以下兩條措施 一是注意激光器的放置位置 使激光束射向黑板左面 或右面 的墻上 而不要面向?qū)W生 要把 14 激光器放得稍低一些 不要讓激光束與人的眼睛等高 二是只有在 用激光時(shí)再接通電源 不用時(shí)隨手關(guān)閉 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 1