浅谈利用光学中的隐形现象培养学生科学思维能(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】但是,这个方案存在一个问题:如图15所示,“背景”上方A点处的光经凸透镜后到达“观察者”时,传到了下方A′处,而“背景”下方B点处的光经凸透镜
但是,这个方案存在一个问题:如图15所示,“背景”上方A点处的光经凸透镜后到达“观察者”时,传到了下方A′处,而“背景”下方B点处的光经凸透镜后到达“观察者”时,传到了上方B′处.也就是说“观察者”看到的背景是倒立着的.
如何解决这个问题呢?只要再加一组凸透镜就可以了!如图16所示,取4个相同的凸透镜,使“背景”、凸透镜中心、“观察者”在同一直线上.凸透镜1和凸透镜2间距离为2倍焦距,凸透镜3和凸透镜4间距离也为2倍焦距,凸透镜2和凸透镜3间距离没有特殊要求.观察光路可见,“背景”上方A点处的光到达“观察者”时,仍在上方A′处,“背景”下方B点处的光到达“观察者”时,仍在下方B′处.即,经过两次颠倒后,“观察者”看到的是正立的“背景”.在凸透镜1与凸透镜2之间没有“背景”光经过的区域,和凸透镜3与凸透镜4之间没有“背景”光经过的区域放置“被隐形物”时,不会对“背景”光的传播产生影响,“观察者”就不会察觉到“被隐形物”的存在.
图16 用4个相同的凸透镜实现隐形
但是,凸透镜是透明的,“被隐形物”反射的光会不会透过凸透镜进入“观察者”眼中呢?想解决这个问题,就要分析“被隐形物”反射的光是如何传播的.由于中学阶段只研究焦平面处物体发出的光经凸透镜后如何传播,所以我们这里只讨论“被隐形物”位于焦平面的情景,比如图16中的“被隐形物C”.根据凸透镜对光的作用规律,可以画出图17所示的光路图.由图可见,“被隐形物C”发出的光经过右侧凸透镜后向上偏折,没有进入“观察者”眼中,也就不会被“观察者”看到了,从而实现了隐形.
图17 被隐形物发出的光经右侧凸透镜的光路图
真实的实验情境如图18所示,为便于观察,用一个贴有“F”形标记的纸板作为“背景”,用实验者的左手手掌作为“被隐形物”,“观察者”从远离“背景”的凸透镜一侧进行观察,观察时使视线与凸透镜光心在同一直线上.看到的情景如图19所示,手掌的一部分看不到了,看到的是作为“背景”的“F”形标记.这样就利用凸透镜折射实现了隐形.课堂上进行这个实验时,学生们会非常感兴趣,并争先恐后的来进行尝试.
图18 利用4个凸透镜实现隐形的真实情境
图19 利用4个凸透镜实现隐形观察结果
还可以进一步思考:如果将图16中作为“观察者”的摄像头向上移动到图20所示的位置,会看到什么情景呢?这时,“被隐形物”的光就会进入“观察者”眼中,“观察者”就会看到原来被隐形的物体了.也就是说,这种方案实现的隐形是单方向的.如何实现全方向隐形呢?这是科学家还没完美解决的问题,可以留给学生进一步思考.
图20 当观察者偏离背景与凸透镜中心连线时的光路图
4总结
“利用光学方法实现隐形”,虽然是一个附加的内容,但利用的都是初中学生学习过的反射、折射的知识.这是一个让学生利用所学知识在新情境中解决新问题的过程,是训练学生科学思维的好契机!在具体实施中教师可以根据学生程度,调整课程的难度.
本文所述教学拓展内容的设计,很好地契合了“新课标”的要求.
(1)有利于培养学生物理学科核心素养.通过已有知识在新情境中的应用,培养学生的科学思维和科学探究能力,为学生终身发展和应对未来社会发展的挑战打下一定思维和能力基础.
(2)通过选取充满趣味性的课题,有助于调动学生参与的积极性.通过理论上的光路分析和实验验证相结合的课程设计,有助于培养学生勤于思考、勇于实验的学习习惯.通过自主思考和小组讨论相结合,有助于发展学生自主学习能力和合作精神.
(3)拓展内容的选取注重了课程的时代性,关注了最前沿的科技进展.隐形是目前科研领域较为热门的前沿课题.利用初中知识就可以初步解决前沿课题,可以让学生发现基础物理知识与科技前沿间的密切联系,让学生更好地认识到初中物理知识的重要性.同时课程最后也指出了解决方案的不完美之处,为学生留下了思考的空间,种下科学的种子.
1 人民教育出版社编辑室.义务教育教科书 物理 八年级上册[M].北京:人民教育出版社,2012.68~103
2 赵凯华.光学[M].北京:高等教育出版社,2004.46~59
3 母国光.光学(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2009.10~18 文章来源:《反射疗法与康复医学》 网址: http://www.fslfykfyx.cn/qikandaodu/2021/0315/480.html 上一篇:儿童精细动作技能认识筛查与发展
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