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光学基础性趣味实验光学基础性趣味实验 目 录 实验 1 光与彩虹（人造彩虹）.2 实验 2 人造彩虹 2 .3 实验 3 光的折射实例.5 实验 4 自制放大镜.6 实验 5 红外线实验的设计.7 实验 6 多功能小孔成像仪的制作.8 实验 7 自制针孔眼镜小孔成像的应用.9 实验 8 镜子中有无数个镜子.10 实验 9 日食和月食的演示.11 实验 10 制作针孔照相机.12 实验 11 用激光器演示光的直线传播.13 实验 12 全反射现象观察.14错误！未定义书签。错误！未定义书签。 /* 实验实验 1 1 光与彩虹（人造彩虹）光与彩虹（人造彩虹） 思考：思考：你用什么办法能制作出与空中彩虹颜色一样的彩虹? 实验准备：实验准备：清水 1 盆、平面镜 1 个 实验操作：实验操作： 1取一小盆并加入 2/3 的水，再把镜子斜放于盆内； 2使镜面对着阳光，在水盆对面的墙上就能看到美丽的彩虹。 实验中的科学：实验中的科学： 将镜子插入水中时，在对面的墙上就能看到美 丽的彩虹。它是光的折射作用，实验表明：白光通过三棱镜后就会 分解为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等七种颜色的光，这就是光的 色散。这里镜面左侧的水就好像一个三棱镜，因而光射出水面后就 会发生色散，形成彩虹。 创新：创新： 想一想,还有什么办法,可以制造出美丽的彩虹? /* 实验实验 2 人造彩虹人造彩虹 2 准备材料：准备材料：水、一个玻璃杯、一张白纸。 实验步骤：实验步骤： 1 在玻璃杯中装满水，把杯子拿到阳光可以照射到的窗台上； 2 把纸放到阳光透过杯子投射进来的地方，这样在纸上就可以 看到彩虹的色彩。 实验中的科学：实验中的科学： 光线被水折射了，因而投射到纸上的颜色是阳光被分解之后的 颜色，原理跟天空中彩虹的形成是一样的。当阳光以 40 到 42 度的 角度照射空中的水珠时，阳光通过水珠时发生折射，投射到空中形 成了彩虹。 知识问答：知识问答：彩虹为什么总是弯曲的？ 想象你看着东边的彩虹，太阳在从背后的西边落下。白色的阳 光(彩虹中所有颜色的组合)穿越了大气，向东通过了你的头顶，碰 到了从暴风雨落下的水滴。当一道光束碰到了水滴，会有两种可能： 一是光可能直接穿透过去，或者更有趣的是，它可能碰到水滴的前 缘，在进入时水滴内部产生弯曲，接着从水滴后端反射回来，再从 水滴前端离开，往我们这里折射出来。这就是形成彩虹的光。 水滴对光的反射，折射加色散形成彩虹。色散后不同色光出射 的方向不同，对一个水滴出射的光我们只有站在特定的观察点上才 能看见特定的颜色光，而我们平时是站在固定的观察点上去看空中 /* 多个水滴，这样，不同水滴中出射的同一种色光能够到达眼睛，这 些水滴必然是在空中排成圆弧(相对观察者讲)。如果观察点移动， 就由一组新的水滴构成一个新的圆弧，其实我们每个人看到的并不 是同一个彩虹。 光穿越水滴时弯曲的程度，端视光的波长(即颜色)而定红 色光的弯曲度最大，橙色光与黄色光次之，依此类推，弯曲最少的 是紫色光。 每种颜色各有特定的弯曲角度，阳光中的红色光，折射的角度 是 42 度，蓝色光的折射角度只有 40 度，所以每种颜色在天空中出 现的位置都不同。 若你用一条假想线，连接你的后脑勺和太阳，那么与这条线呈 42 度夹角的地方，就是红色所在的位置。这些不同的位置勾勒出一 个弧。既然蓝色与假想线只呈 40 度夹角，所以彩虹上的蓝弧总是在 红色的下面。 彩虹之所以为弧型这当然与其形成有着不可分割的关系，同样这也 与地球的形状有很大的关系，由于地球表面为一曲面而且还被厚厚 的大气所覆盖，在雨后空气中的水含量比平时高，当阳光照射入空 气中的小水滴形成了折射，同时由于地球表面的大气层为一弧面从 而导致了阳光在表面折射形成了我们所见到的弧形彩虹! /* 实验实验 3 3 光的折射实例光的折射实例 思考：思考：当筷子插一半在水中时，看到的是筷子“折断”的样子， 这是什么原因呢？ 实验准备：实验准备：纽扣 1 枚、水少许、浅底盘 1 个、玻璃杯 1 个 实验操作：实验操作： 1.将纽扣放在盘中； 2.杯子杯口朝上，压在纽扣上； 3.一同学从侧面观察，另一同学往杯内慢慢倒入清水，倒着倒 着就会发现看不到纽扣了； 4.如果向盘子中加些水，慢慢可以看到纽扣又出现了。 注意：注意：观察纽扣时要从侧面观看，如果从纽扣上方观察，总能 看清纽扣。 实验中的科学：实验中的科学： 1.当杯子渐渐注入水时，由于光线折射，纽扣的影像会消失。 2.把水再加入盘子中，改变光的折射角度，纽扣影像会重新出 现。 想一想：想一想： 光由空气进入水中，或由空气进入玻璃中，就会产生 一些折射的现象，那么，就请你想一想，生活中还有哪些光的折射 事例呢 ？ /* 实验实验 4 自制放大镜自制放大镜 思考：思考：水也能当放大镜，你知道吗？ 实验准备：实验准备：水、保鲜膜、大碗 1 个、彩色珠子 实验操作：实验操作： 1. 把彩色珠子放入碗中，用保鲜膜封住碗。 2. 用手轻轻把碗口上面的保鲜膜向下按一些，使保鲜膜成倒锥 形。 3. 将水倒在保鲜膜上， 通过水看碗中的物体，观察彩色珠子 与平时有什么不同。 实验中的科学：实验中的科学：碗里的物品看起来大了不少，这是因为保鲜膜 上的水形似凸透镜，而通过凸透镜看到的物体往往会大于原有形状。 我们通常所说的放大镜就是凸透镜，中间厚而边缘薄。投影仪、照 相机、摄像机、显微镜等仪器的镜头就是凸透镜 。 /* 实验实验 5 5：红外线实验的设计：红外线实验的设计 1 实验器的制作 (1)把内壁后面镀有银，功率为 250W，带灯座和电源插头的红 外线灯固牢在光学光具座的最左端上。 (2)用超粘胶把圆球形烧瓶的底粘牢在光学光具座烛台上，然后 把它装在光具座上红外线灯的右边，距灯约 20。 (3)用超粘胶把乒乓球粘牢在光具座另一烛台上，并把它装在光 具座上的圆球形烧瓶的右边。实验装置便安装完成。 2 实验操作 (1)调节光具座上的红外线灯、烧瓶和乒乓球，使灯丝、球形体 和乒乓球三者的中心点在同一水平高度的一条直线上。 (2)把含碘的二硫化碳溶液倒进圆球形烧瓶里，装满圆球形体 (碘含量能使溶液呈黑色为好)即可 (3)接上电源，开启红外线灯。 (4)含碘的二硫化碳溶液能吸收可见光而让红外线穿透过。这个 装有含碘的二硫化碳溶液的圆球形烧瓶，相当于一个凸透镜，当把 乒乓球左右移动至这个“凸透镜”的焦点上时，乒乓球就会被烧焦。 (5)把其他的易燃物或温度计的玻璃泡放在乒乓球的位置上时， 也会看到易燃物被烧焦燃烧起来或温度计的液柱迅猛升高的现象。 /* 实验实验 6 6：自制针孔眼镜：自制针孔眼镜小孔成像的应用小孔成像的应用 实验原理：实验原理：小孔成像 实验器材：实验器材：两个直径 3040 毫米的软塑料瓶盖，大头针，打 火机 实验步骤：实验步骤：（1）用打火机把大头针烧红，在瓶盖中间扎一个小孔 （直径约 1 毫米）。（2）再在瓶盖两侧各扎两个小孔，用线穿起 来就是一副眼镜。 实验用途：实验用途：戴上这副眼镜，便能看清楚周围的一切。奇怪的是，不 管是 300 度、500 度的近视眼，还是远视眼，戴上它都能看清楚物 体。 实验解析：实验解析：运用了小孔成像原理。当光线通过小孔后，不管光屏远 近，成像总是清晰的。人眼睛的视网膜，就好像是个光屏，一般情 况下近视眼的人，成像在光屏之前；远视眼的人，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，不管近视远视， /* 都能在视网膜上成像了，所以看得清楚了。此技术已经进入日常生 活。 实验实验 7 7：制作针孔照相机：制作针孔照相机 制作步骤：用两个口径相差不大的易拉罐。在口径较大的易拉罐 底部中央用钉子打一直径为 1mm 的小孔，把开口的一端放在砂纸上 磨一磨，去掉前盖。把另一个口径较小的易拉罐后端放在砂纸上磨 一磨，把后端去掉，再在这一端蒙上半透明纸或塑料薄膜作为成像 屏。把口径较小的易拉罐蒙着成像屏的一端向里小心套进口径较大 的易拉罐中，小孔照相机就制作成了。你可以让小孔对准光亮的物 体，眼睛从口径较小的易拉罐口往里看，就可以看到所观察物体的 像了。你也可以把口径较小的易拉罐前后拉动一些再进一步观察， 看一看景物的像大小怎样变化。你如何解释景物所成的像和像的变 化呢？ /* 原理揭秘：针孔照相机的原理是光的直线传播。根据几何知识， 景物所成的像和景物是相似的。屏离小孔的距离不同，相似比大小 不同，所成的像自然发生大小的变化。 实验实验 8 8：镜子中有无数个镜子：镜子中有无数个镜子 步骤:取两个小圆镜（市面上能买到）正面相对，你观察镜子会看到 奇怪的现象一个镜子中有无数个镜子出现。 原理揭秘：正面相对的两个镜子甲、乙，甲相对于乙是个物体，可 以在乙中成一个像，这个像相对于甲镜子又是一个“物体”，在甲 镜子中成像，在甲镜子中成的像相对于乙镜子又是一个物体再次在 镜子乙中成像，如此不断的有“物”出现，就有无数个大小相同的 像出现在镜子中，因此，在甲、乙镜子中都能看到无数个镜子。 扩展：一个物体在两个互成角度的平面镜中能成几个像？ 取两个平面镜使其镜面相对互成角度，在两镜之间夹角处放一硬币， 改变两平面镜的夹角，看看在镜子中能找到几个硬币的像。 现象：观察中发现，两个镜子之间夹角大于 90，在每个镜子中只 能成一个像。两个镜子之间夹角等于 90，在每个镜子中成一个像， 在镜子交角处成了一个像或者在一个镜子中看到两个像，在另一个 镜子中看到一个像），（总共有三个像出现。当继续减小两镜之间 /* 的夹角，会看到每个镜子中的像的个数逐渐增加，当两个镜子之间 夹角为 0时，每个镜子中又有无数个像出现。 原理揭秘：实际上，两个镜子之间夹角为 0和 180是特例。夹角 为 180时，两个镜子在一个平面内，两个镜子中只能成一个像。 0时相互平行，情况和“两个平面镜镜面相对的成像观察”相同。 夹角为锐角时，成像原理和夹角成 0是类似。 实验实验 9 9：日食和月食的演示：日食和月食的演示 【器材】:地球仪，皮球，蜡烛。 【操作】 （1）在桌上放一支蜡烛（代表太阳），一只手拿地球仪，另一 只手拿皮球（代表月亮）。 （2）使“地球”围绕“太阳”转动，“月亮”绕“地球”转动。 当“月亮”转到“太阳”与“地球”之间时（使三者处于一条 直线上），“月亮”的黑影落在地球上，形成日食，如图（a）所示。 当“月亮”运行到“地球”的背后，这时“地球”处在“月亮”与 “太阳”之间（三者在一条直线上），“地球”挡住了“太阳”射 /* 向“月亮”的光线，形成月食。全部挡住是月全食，挡住一部分是 月偏食。如图（b）所示。 实验实验 1010：多功能小孔成像仪的制作：多功能小孔成像仪的制作 制作材料： 内外筒用 PVC 管；光屏用半透明绘图纸；固定插槽和铝制插 片用易拉罐；观察孔和小孔封闭端用薄铁皮；外包装用自贴纸；黑 油漆。 1解决光屏过亮的问题。将成像仪主体改为两个短长不 一，可相互套着并能抽拉的内外圆筒（内壁涂黑油漆），外筒长约 32CM，一端封闭，中间只留一个（直径 8MM）的小孔（母孔），开 口端可套内筒。内筒一端贴光屏，另一端封上只留一个长方形的观 察孔(8CM*2CM)，内筒较外筒略长，考虑到，人眼的明视距离，内筒 长度约为 34CM。将内筒有光屏一端插入外筒。两筒相套，这样内外 筒便成了光屏的暗室，不论在暗室观察烛光，还是在白天光线强的 情况下均能看清像，可抽动的内外筒，还解决了可调节光屏及像距 这一问题。 2解决可调节孔的大小和形状这两个问题。在母孔的外侧装上两个 固定插槽，用来固定铝制插片，插片上钻几个形状各异或大小不同 /* 的小孔。这样更换和抽动插片，即可实现改变不同形状或大小不一 的孔来观察实物。 3解决观察像的大小问题。在光屏画上十字形标尺，即可方便读出 像的大小。 4解决直接读出像距的问题。在内筒上画出（或贴上）像距标尺即 可。 将小孔对准观测物，通过内筒的观察孔，可以清晰地看到光 屏上呈现出观测物倒立彩色的像。抽拉内筒或更换插片，便可以看 到不断变化的像等其他各类现象。 实验实验 1111：用激光器演示光的直线传播：用激光器演示光的直线传播 【器材】连续输出的氦氖激光器，火柴。 【操作】 （1）接通激光器电源，使激光器工作。激光器射出一束光束（在清 洁的室内空气中悬浮的微粒少，光束径迹看不太清），在黑板的左 面（或右面）墙上打出一个红色的光斑。 （2）向激光束经过的空间喷烟，立即显现出一条鲜艳的红色光束。 （3）断开电源，使激光器停止工作。 【注意事项】 （1）激光电源和激光管工作电压较高，操作时要注意安全。 （2）严禁有意识地把眼睛直接对着激光束观察，以免损伤眼睛。为 了防止意外，可以采用以下两条措施：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）的墙上，而不要面向学生。要把 /* 激光器放得稍低一些，不要让激光束与人的眼睛等高。二是只有在 用激光时再接通电源，不用时随手关闭。 实验实验 12：全反射现象观察：全反射现象观察 实验步骤及现象： 1、把长胶棒放在试管中，再把试管斜插在装有约 450ml 水的烧杯中。 2、从侧面看，透明的烧杯、透明的水、透明的试管，还有试管里的 胶棒，并无异样（见附图 1） 。 3、俯视试管的水下部分好像盛满了水银，试管中原有的物体一概看 不见，试管内壁好像变成了镜面，银白色、亮晶晶（见附图 2） 。 4、取出试管里的胶棒，再用手将试管斜按在水中，俯视，试管中依 然好像盛满了水银，银白色、亮晶晶。 /* 解释：光通过水进入试管中的空气时，产生了全发射现象，使试管 内壁变成了镜面，所以俯视时我们根本看不见试管中有什么东西。