浅谈利用光学中的隐形现象培养学生科学思维能(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】在实际应用中,可以将图6的情景简化为图7,将两个平面镜的反光面相对固定在一起,使二者之间夹角为90°;另两个平面镜反光面相背固定在一起,夹角仍
在实际应用中,可以将图6的情景简化为图7,将两个平面镜的反光面相对固定在一起,使二者之间夹角为90°;另两个平面镜反光面相背固定在一起,夹角仍为90°.将两组平面镜的反射面面对面放置,调整位置,使两组平面镜的对应边互相平行.这样,“背景”A处的光经4个平面镜反射后,绕过了下侧两个平面镜所夹的三角形区域,进入“观察者”眼中.当我们在三角形区域放或不放物体时,都不会对“背景”光的传播产生影响.且该物体发出的光,由于平面镜的阻挡,不会进入“观察者”眼中.所以该三角形区域为“可隐形区”.
图7 学生丙所提方案的简化
真实的实验情境如图8所示,以摄像头代替“观察者”,以实验者手中所拿的红色物块作为“被隐形物”,以远处的柜子作为“背景”.图9是摄像头中看到的情景,可见“被隐形物”看不到了,远处作为“背景”的柜子也没有变形.这样就利用平面镜反射实现了隐形.
图8 学生丙方案的真实情境
图9 学生丙方案真实情境观察结果
3.2利用折射实现隐形
3.2.1 利用水槽折射实现隐形
根据折射定律,学生可以大致画出光经过透明玻璃砖时的传播路径,如图10所示.利用类似的光路,也可以实现光学隐形.
图10 光经过透明玻璃砖的光路
如图11所示,制作两个燕尾形水槽,水槽两臂间夹角为90°.在水槽中装适量的水.将两个水槽放在“背景”与“观察者”之间,使两尖角相对,并使“背景”、两水槽对称轴、“观察者”在同一条直线上.“背景”发出的光遇到水槽1时,会向外偏折,遇到水槽2时,又向内偏折.由于两个水槽完全相同,所以经过水槽2后的背景光会回到最初的传播路径上,进入“观察者”眼中.观察者凭生活经验,会认为光是沿直线传播的.既然看见了“背景”传来的光,那么“背景”和观察者之间应该没有不透明物体的阻挡,从而忽略掉了“被隐形物”C的存在.在两燕尾形水槽之间放置“被隐形物”时,不会阻挡“背景”光的传播,也就不会让“观察者”发现异常.
图11 利用两燕尾形水槽使物体隐形
但是,由于水槽是透明的,“被隐形物”反射的光会不会透过水槽进入“观察者”眼中呢?对于层次比较好的学生可以让他们自己思考并画图证明.通过作光路图会发现,如图12所示,“被隐形物”C反射的光经过水槽2时传播方向发生了偏折,没有进入“观察者”眼中.
图12 被隐形物发出的光经水槽2时的光路
真实的实验情境如图13所示,为了便于观察,我们用一个柚子作为“背景”,放在远处;用一个口香糖盒子作为“被隐形物”,放在两个燕尾形水槽之间;两个水槽中水的高度均为柚子高度的一半.从远离柚子一侧的水槽凹角处进行观察,使视线与水槽中水面相平,我们会看到如图14所示的情境:水槽间的口香糖盒子看不到了,看到的是远方一个完整的柚子.柚子上半部的光是直接进入“观察者”眼中的,柚子下半部的光是经过两个水槽的折射后进入“观察者”眼中的,二者能共同呈现出一个完整的柚子的影像,很好地说明“背景”没有变形.这样就利用水槽的折射实现了隐形.
图13 利用两燕尾形水槽的真实情境
图14 利用两燕尾形水槽的观察结果
在这个例子中,可以让学生将水槽的两臂分别想象成两块平行玻璃砖,从而降低对光路理解的难度.也可以从复习平行玻璃砖对光的偏折情况入手,引导学生利用所学知识进行设计.
3.2.2 利用凸透镜折射实现隐形
如图15所示,将两个相同的凸透镜放置在“背景”和“观察者”之间,使“背景”、凸透镜中心、“观察者”位于同一直线上.两透镜间的距离为2倍焦距.“背景”光经过左侧凸透镜时,传播方向会发生偏折,会聚在焦点处.而这个焦点也刚好是右侧凸透镜的焦点,所以光经过右侧凸透镜后会再次变为平行光,进入“观察者”眼中.观察光路可以发现,两个凸透镜之间会形成一个没有“背景”光经过的区域,比如“被隐形物C”所在的位置.在这个区域内放或者不放物体,对“背景”光的传播都没有影响,“观察者”看到的背景的景象也就不会有变化,从而使“观察者”察觉不到“被隐形物”的存在,实现隐形.
图15 用两凸透镜实现隐形
文章来源:《反射疗法与康复医学》 网址: http://www.fslfykfyx.cn/qikandaodu/2021/0315/480.html
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