基礎性實驗：趣味光學實驗

.z.----z-光學根底性趣味實驗目錄TOC\o"1-1"\h\z\u實驗1光與彩虹〔人造彩虹〕2實驗2人造彩虹23實驗3光的折射實例5實驗4自制放大鏡6實驗5紅外線實驗的設計7實驗6多功能小孔成像儀的制作8實驗7自制針孔眼鏡——小孔成像的應用9實驗8鏡子中有無數(shù)個鏡子10實驗9日食和月食的演示11實驗10制作針孔照相機12實驗11用激光器演示光的直線傳播13實驗12全反射現(xiàn)象觀察14錯誤！未定義書簽。實驗1光與彩虹〔人造彩虹〕思考：你用什么方法能制作出與空中彩虹顏色一樣的彩虹"實驗準備：清水1盆、平面鏡1個實驗操作：取一小盆并參加2/3的水，再把鏡子斜放于盆；使鏡面對著，在水盆對面的墻上就能看到美麗的彩虹。實驗中的科學：將鏡子插入水中時，在對面的墻上就能看到美麗的彩虹。它是光的折射作用，實驗說明：白光通過三棱鏡后就會分解為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七種顏色的光，這就是光的色散。這里鏡面左側(cè)的水就好似一個三棱鏡，因而光射出水面后就會發(fā)生色散，形成彩虹。創(chuàng)新：想一想,還有什么方法,可以制造出美麗的彩虹"實驗2人造彩虹2準備材料：水、一個玻璃杯、一白紙。實驗步驟：在玻璃杯中裝滿水，把杯子拿到可以照射到的窗臺上；把紙放到透過杯子投射進來的地方，這樣在紙上就可以看到彩虹的色彩。實驗中的科學：光線被水折射了，因而投射到紙上的顏色是被分解之后的顏色，原理跟天空中彩虹的形成是一樣的。當以40到42度的角度照射空中的水珠時，通過水珠時發(fā)生折射，投射到空中形成了彩虹。知識問答：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(彩虹中所有顏色的組合)穿越了大氣，向東通過了你的頭頂，碰到了從暴風雨落下的水滴。當一道光束碰到了水滴，會有兩種可能：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，在進入時水滴部產(chǎn)生彎曲，接著從水滴后端反射回來，再從水滴前端離開，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，對一個水滴出射的光我們只有站在特定的觀察點上才能看見特定的顏色光，而我們平時是站在固定的觀察點上去看空中多個水滴，這樣，不同水滴中出射的同一種色光能夠到達眼睛，這些水滴必然是在空中排成圓弧(相對觀察者講)。如果觀察點移動，就由一組新的水滴構(gòu)成一個新的圓弧，其實我們每個人看到的并不是同一個彩虹。光穿越水滴時彎曲的程度，端視光的波長(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，中的紅色光，折射的角度是42度，藍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。假設你用一條假想線，連接你的后腦勺和太陽，則與這條線呈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弧。既然藍色與假想線只呈40度夾角，所以彩虹上的藍弧總是在紅色的下面。彩虹之所以為弧型這當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，由于地球外表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高，當照射入空氣中的小水滴形成了折射，同時由于地球外表的大氣層為一弧面從而導致了在外表折射形成了我們所見到的弧形彩虹!實驗3光的折射實例思考：當筷子插一半在水中時，看到的是筷子"折斷〞的樣子，這是什么原因呢？實驗準備：紐扣1枚、水少許、淺底盤1個、玻璃杯1個實驗操作：1.將紐扣放在盤中；2.杯子杯口朝上，壓在紐扣上；3.一同學從側(cè)面觀察，另一同學往杯慢慢倒入清水，倒著倒著就會發(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：觀察紐扣時要從側(cè)面觀看，如果從紐扣上方觀察，總能看清紐扣。實驗中的科學：1.當杯子漸漸注入水時，由于光線折射，紐扣的影像會消失。2.把水再參加盤子中，改變光的折射角度，紐扣影像會重新出現(xiàn)。想一想：光由空氣進入水中，或由空氣進入玻璃中，就會產(chǎn)生一些折射的現(xiàn)象，則，就請你想一想，生活中還有哪些光的折射事例呢？實驗4自制放大鏡思考：水也能當放大鏡，你知道嗎？實驗準備：水、保鮮膜、大碗1個、彩色珠子實驗操作：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有什么不同。實驗中的科學：碗里的物品看起來大了不少，這是因為保鮮膜上的水形似凸透鏡，而通過凸透鏡看到的物體往往會大于原有形狀。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、攝像機、顯微鏡等儀器的鏡頭就是凸透鏡。實驗5：紅外線實驗的設計

1實驗器的制作

(1)把壁后面鍍有銀，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光具座燭臺上，然后把它裝在光具座上紅外線燈的右邊，距燈約20ｃｍ。

(3)用超粘膠把乒乓球粘牢在光具座另一燭臺上，并把它裝在光具座上的圓球形燒瓶的右邊。實驗裝置便安裝完成。

2實驗操作

(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。這個裝有含碘的二硫化碳溶液的圓球形燒瓶，相當于一個凸透鏡，當把乒乓球左右移動至這個"凸透鏡〞的焦點上時，乒乓球就會被燒焦。

(5)把其他的易燃物或溫度計的玻璃泡放在乒乓球的位置上時，也會看到易燃物被燒焦燃燒起來或溫度計的液柱迅猛升高的現(xiàn)象。實驗6：自制針孔眼鏡——小孔成像的應用實驗原理：小孔成像實驗器材：兩個直徑30—40毫米的軟塑料瓶蓋，大頭針，打火機實驗步驟：〔1〕用打火機把大頭針燒紅，在瓶蓋中間扎一個小孔〔直徑約1毫米〕?！?〕再在瓶蓋兩側(cè)各扎兩個小孔，用線穿起來就是一副眼鏡。實驗用途：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，還是遠視眼，戴上它都能看清楚物體。實驗解析：運用了小孔成像原理。當光線通過小孔后，不管光屏遠近，成像總是清晰的。人眼睛的視網(wǎng)膜，就好似是個光屏，一般情況下近視眼的人，成像在光屏之前；遠視眼的人，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，不管近視遠視，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)進入日常生活。實驗7：制作針孔照相機制作步驟：用兩個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口徑較大的易拉罐中，小孔照相機就制作成了。你可以讓小孔對準光亮的物體，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一些再進一步觀察，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？

原理揭秘：針孔照相機的原理是光的直線傳播。根據(jù)幾何知識，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。

實驗8：鏡子中有無數(shù)個鏡子步驟:取兩個小圓鏡〔市面上能買到〕正面相對，你觀察鏡子會看到奇怪的現(xiàn)象──一個鏡子中有無數(shù)個鏡子出現(xiàn)。原理揭秘：正面相對的兩個鏡子甲、乙，甲相對于乙是個物體，可以在乙中成一個像，這個像相對于甲鏡子又是一個"物體〞，在甲鏡子中成像，在甲鏡子中成的像相對于乙鏡子又是一個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)個大小一樣的像出現(xiàn)在鏡子中，因此，在甲、乙鏡子中都能看到無數(shù)個鏡子。

擴展：一個物體在兩個互成角度的平面鏡中能成幾個像？

取兩個平面鏡使其鏡面相對互成角度，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硬幣的像?，F(xiàn)象：觀察中發(fā)現(xiàn)，兩個鏡子之間夾角大于90°，在每個鏡子中只能成一個像。兩個鏡子之間夾角等于90°，在每個鏡子中成一個像，在鏡子交角處成了一個像或者在一個鏡子中看到兩個像，在另一個鏡子中看到一個像〕，〔總共有三個像出現(xiàn)。當繼續(xù)減小兩鏡之間的夾角，會看到每個鏡子中的像的個數(shù)逐漸增加，當兩個鏡子之間夾角為0°時，每個鏡子中又有無數(shù)個像出現(xiàn)。原理揭秘：實際上，兩個鏡子之間夾角為0°和180°是特例。夾角為180°時，兩個鏡子在一個平面，兩個鏡子中只能成一個像。0°時相互平行，情況和"兩個平面鏡鏡面相對的成像觀察〞一樣。夾角為銳角時，成像原理和夾角成0°是類似。

實驗9：日食和月食的演示【器材】:地球儀，皮球，蠟燭?！静僮鳌?/p>

〔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，"月亮〞繞"地球〞轉(zhuǎn)動。

當"月亮〞轉(zhuǎn)到"太陽〞與"地球〞之間時〔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"月亮〞運行到"地球〞的背后，這時"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〞射向"月亮〞的光線，形成月食。全部擋住是月全食，擋住一局部是月偏食。如圖〔b〕所示。實驗10：多功能小孔成像儀的制作制作材料：

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短長不一，可相互套著并能抽拉的外圓筒〔壁涂黑油漆〕，外筒長約32CM，一端封閉，中間只留一個〔直徑8MM〕的小孔〔母孔〕，開口端可套筒。筒一端貼光屏，另一端封上只留一個長方形的觀察孔(8CM*2CM)，筒較外筒略長，考慮到，人眼的明視距離，筒長度約為34CM。將筒有光屏一端插入外筒。兩筒相套，這樣外筒便成了光屏的暗室，不管在暗室觀察燭光，還是在白天光線強的情況下均能看清像，可抽動的外筒，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問題。在母孔的外側(cè)裝上兩個固定插槽，用來固定鋁制插片，插片上鉆幾個形狀各異或大小不同的小孔。這樣更換和抽動插片，即可實現(xiàn)改變不同形狀或大小不一的孔來觀察實物。

3．解決觀察像的大小問題。在光屏畫上十字形標尺，即可方便讀出像的大小。

4．解決直接讀出像距的問題。在筒上畫出〔或貼上〕像距標尺即可。將小孔對準觀測物，通過筒的觀察孔，可以清晰地看到光屏上呈現(xiàn)出觀測物倒立彩色的像。抽拉筒或更換插片，便可以看到不斷變化的像等其他各類現(xiàn)象。實驗11：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?！?〕斷開電源，使激光器停頓工作?！究记绊氈俊?〕激光電源和激光管工作電壓較高，操作時要注意平安。

〔2〕嚴禁有意識地把眼睛直接對著激光束觀察，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。要把激光器放得稍低一些，不要讓激光束與人的