本文简单介绍几个光学小实验,希望读者能认认真真地动手做,勤勤恳恳地动脑想。手脑并用,不仅能体验到学习物理的乐趣,而且还能逐渐养成理论联系实际的好习惯。
小孔成像
目的:观察小孔成像现象,探究小孔成像的条件
材料:平木板、小刀、三角板、卷尺、黑纸板、方形的平面镜、透明胶。
步骤:1、用透明胶将白纸粘贴到木板上。将木板支撑起来,使白纸与太阳光垂直(大致垂直即可)。用小刀在一张不透明的硬纸的中央划一个边长不小于10厘米的三角形孔口。用此硬纸挡住射向白纸的阳光(注:开始时两纸间的距离不宜太近,硬纸最好与阳光垂直)。改变孔口到木板的距离或再用另外一张硬纸逐渐减小三角形孔口,仔细观察白纸上亮斑的形状、大小、明暗等的变化情况。测量记录亮斑变为圆形时圆形亮斑的直径、孔到板的距离和孔的尺寸。改变间距和孔的尺寸,多观测几组数据。
换一个边长不小于10厘米的正方形孔口做重复做上述实验。
用日光灯管等光源替代太阳重复上述实验,并进一步探究小孔成像的条件——注意测量记录孔与光源的尺寸、孔到光源和木板的距离等。多观测几组数据。
利用平面镜将日光灯管等发的光垂直射到竖直墙上,适当调整反射面的各个方向的尺寸的大小、反射面到灯管、竖起墙壁的距离等,重复上述的实验。
问题讨论:
1、从你得到的小孔成像的条件来看,对于太阳这样的物体,尺寸10米的大孔能成像吗?
2、若光是沿直线传播的,那由光源上的一个发光点发出的通过小孔射到白纸上的光形成光斑的形状必定与小孔的形状一模一样,且尺寸比小孔要大。为何在满足小孔成像条件的情形下,最终叠加起来的光斑的形状竟然与小孔的形状无关呢?读者若有光强探测仪,可以试着探测一下光斑边界两侧的光强的分布情况。编者猜测“小孔成像”现象与人眼的分辨特性、光的衍射等有关。
2.平面镜成像
下面这三道习题,先动脑认真想象,再动手认真做,你可能会有不一样的感觉与收获。
题1:从平面镜内看到一台钟面上的指针如图1所示,则此时的实际时间是:()
A、8点50分B、4点10分
C、7点50分D、3点10分
SS’MNM?’N?题2:如右图所示,一发光点S位于竖直放置的平面镜MN的正前方,成像在S’点,若将平面镜竖直下移到M’N’位置,则像的位置:()
A、应下移B、应上移
C、保持不变D、无法判断
题3人面向竖直放置的平面镜站立,将一画有图形的透明板与平面镜平行地放置在人与镜之间,当人看到透明板上的图形是“”时,人看到镜子中成的像是:()
对于题1,有的读者可能学过最简单的求解方法----看反面。但不知这些读者有没有想过,为什么看反面就可以得到正确的答案呢?学习的重点不是去强记一些解题技巧,学习一定要注重理解。读者在弄明白了为什么看反面就能得到正确的结果后,还可进一步探究镜内外两钟表读数的关系。找到关系后,再认真观察两钟指针的走动,结合平面镜成像的特点规律,认真想想两者之间为什么会存在你找到的关系。提示:没有图式的钟表也没有关系,读者可以利用平面镜成像的特点通过作图进行探究。
对于题2,如果平面镜不是挂在竖直墙壁上,而是平放在一水平台面上,那么在水平台上平移平面镜时,像会跟着动吗?台面是斜面呢?结合实验和平面镜成像的规律想想,怎样动平面镜像才不会动;想想为何在日常生活中,在一般情况下,只要你动了平面镜,像就会跟着动。提示:题中的发光点可用笔等实物代替。
对于题3,若透明板不是在人和镜之间,而是在人和镜之外,那又应当选什么呢?此题与题1又有何异同?想想做做,做做想想。
3.凸透镜成像
很多读者碰到“凸透镜成像”方面的题目就头痛。其实只要有一个放大镜(若有几个口径不同的放大镜,做做对照实验会有更多的发现),你就可以做很多凸透镜成像的实验。只要你坚持边做边想、边想边做,你就能很好地掌握凸透镜成像的规律。
首先,测量出你所用的放大镜的焦距。焦距是一个凸透镜最重要的性能指标,焦距越小,会聚本领越强。凸透镜能成实像,就是因为它能聚光。因为能聚光,所以只要物体离凸透镜不是太近,由物体上的一点射到凸透镜的光就不会太分散,通过凸透镜折射后,出射光就有可能会聚到一点。
其次,试一试当电视机、电脑、手机、日光灯管、玻璃窗等距放大镜约2米远时,它们通过放大镜成的像能否用白纸承接?所成的像是正立的还是倒立的,是放大的还是缩小的?像的运动方向与物的运动方向之间有什么关系?记录你观察到的现象,测量物距和像距,物长和像长等等。
再想想,要使白纸承接到的像变小,该怎么办?要使白纸上承接到的像变大,又该怎么办?做一做,并记录你所观察到的现象和测量所得的数据。
在上述实验的基础上继续探究如何用实验判定日光灯管通过放大镜所成的缩小的像是正立的还是倒立的;怎样才能观察到比较清晰的放大的实像等等。
拓展题:
因为光路是可逆的,所以在凸透镜成像实验中,若第二次实验时的物距等于第一次实验时的像距,那第二次实验时的像距就等于第一次实验时的物距,但两次成的像的明亮程度却不同,物距较大的那一次成的像较亮。动手做做实验,想想为什么。提示:1、画成像光路图。2、亮度是由单位面积上的光的强弱决定的,且在凸透镜成像实验中,像高与物高之比等于像距与物距之比。
名人名言:
学习这件事不在乎有没有人教你,最重要的是你自己有没有觉悟和恒心。
———英国伟大的物理学家、化学家法拉第