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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.

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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)


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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.


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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

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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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