簡析光學新穎試題

一、結合光學發(fā)展史

例1. 如圖1所示，這是法國菲索設計的，他在世界上第一個測出了地面上光速。光源S發(fā)出的光被毛玻璃片（也能透過光線）反射后，穿過齒輪A的齒隙（如圖中P），然后經過相當長的距離AB，從B處的平面鏡M循原路反射回來，仍然通過齒隙P而被觀察到。若齒輪以某一轉速轉動時，從P穿出的光線恰被齒1擋住，從Q穿過的光線返回時恰被齒2擋住，這時觀察者便看不見光線。如果齒輪的齒數(shù)為Z，每秒鐘轉n轉，AB距離為L，由這個實驗測得光速的表達式是___________。

圖1

析與解 要測出光速，必須測得AB之間的距離和光通過AB距離所用的時間t，由于光速太大，故時間很短，因此必須通過巧妙的方式才能精確測得，本題利用齒輪轉動時，光在AB間來回傳播的時間與齒輪從P的中心轉到1的中心時間相等來精確測定時間，這樣，問題就獲得解決。因此t＝1/2nZ光速的表達式為c＝2L/（1/2nZ）＝4nZL

例2. 古希臘地理學家通過長期觀測，發(fā)現(xiàn)6月21日正午時刻，在北半球B城陽光與豎直方向成7.5度角下射，而B城正南方，與B城距離為L的A城，陽光恰好沿豎直方向下射（如圖2甲所示），射到地球的太陽光可視為平行光。據(jù)此他估算出地球的半徑。試寫出估算地球半徑的表達式R＝__________。

甲 乙

圖2

析與解 地球的載面可看作一個圓，如圖2乙所示，則A、B兩地的距離L等于弧AB的長，弧AB所對的圓心角為θ＝7.5°＝π/24，由弧長公式L＝θR得：R＝L/θ＝24L/π。

二、結合課本內容設計探究性試題

例3. 請同學們閱讀下面的短文

凹面鏡

反射面是球面一部分的鏡子叫球面鏡，用球面的內表面作反射面的鏡子叫凹面鏡，簡稱凹鏡，那么凹鏡對光有什么作用呢？

小明首先進行了大膽的猜想，先找到所有可能的情況，即會聚、發(fā)散、既不會聚又不發(fā)散，只有這三種情況，但究竟哪一種情況是正確的呢，小明做了以下實驗

他將10只激光手電筒捆在一起，形成一束平行先，然后對著凹鏡照射，發(fā)現(xiàn)了如圖3所示的現(xiàn)象，請同學們根據(jù)上述短文回答以下問題

圖3

（1）通過實驗小明可得到的結論是__________；

（2）你認為凹鏡的應用有___________（試舉一例）。

（3）通過小明和你對凹鏡的學習，想一想這個過程是經過了大致怎樣的程序步驟？

析與解 （1）由圖可知：平行光經凹鏡反射后，反射光線會聚于焦點，因此凹鏡對光有會聚作用；（2）凹鏡的應用有太陽灶、探照燈、手電筒、汽車頭燈等；（3）通過小明和你對凹鏡的學習，這個過程大致經過的程序步驟是：提出問題→進行猜想→設計實驗→實驗探究→得出結論→遷移應用。

三、關注德育滲透

例4. 很早的時候，我們的祖先就注意觀察天象，商朝甲骨文里有許多日食、月食的記載，如圖4所示，近年，我國科學家根據(jù)古書中“懿王元年天再旦于鄭”的記載，猜想“天再旦”是天亮的兩次，即發(fā)生在早晨的日全食。恰巧，1997年3月9日，我國境內發(fā)生了20世紀最后一次日全食。日全食發(fā)生時，新疆北部正好是天亮之際。這次日全食的觀測，證實了我國科學家對“天再旦”的猜想，為我國的“夏商周斷代工程”的課題研究提供了重要的依據(jù)。經過推算，我國科學家得出周懿王元年是公元前899年，陜西省的學者和科技工為此項研究工作作出了杰出貢獻。日全食現(xiàn)象可以用_________來解釋�？茖W家們的這次研究中采用了多種科學方法，請你任意寫出兩種________，_________。

圖4

析與解 日全食現(xiàn)象可以用光的直線傳播來解釋�？茖W家們在這次研究中采用了猜想、觀測、推算、驗證等多種科學方法。