今日任务:探索光线会拐弯的科学奥秘。
假设分析:结合日常生活经验,光线沿直线传播是最普遍的现象。光线之所以会拐弯,初步判断是光线传播介质发生了改变。我们可以结合一组实验来进一步分析验证。
课程目标:培养孩子观察、分析、假设、验证的科学思维方法,以及解决实际问题的能力。
实验材料
塑料瓶1个、圆规1个、激光笔1支、盘子1个。
实验步骤
1、在塑料瓶靠近底部位置,用圆规的针尖在瓶身戳1个小孔,孔径约2mm,并尽量让小孔边缘圆滑。
2、将戳有小孔的塑料瓶,放在盘子。
3、往玻璃瓶中灌入大半瓶清水,并确保液面高于小孔的位置。
4、用激光笔隔着塑料瓶,平直的从另一边对准小孔的位置照射过来,并观察水柱及光线接下来发生的现象。
实验注意事项
切勿用激光笔对着人眼照射。使用圆规,谨防针尖戳伤。实验过程中需大人全程陪伴,不能让孩子单独操作,确保安全。
现象及原理分析
通过上面的实验我们发现,当激光透过塑料瓶的水柱,并照射进小孔后,激光沿着水流的方向,跟随水流一起,照射到了盘子里。
光线传播需要借助介质。在同种均匀介质中,光线沿直线传播。当光线从一种介质进入另一种介质后,光线会在两种交界处发生反射和折射。当入射角超过临界角后,光线不再发生折射,而是发生全反射。激光进入水流后,在水流与空气交界处即水流的内表面发生了多次连续的全反射,沿着锯齿状的折线在水流内部传播,仿佛被水流裹住。从宏观角度看,激光仿佛发生了偏转,照射到了盘子里。从微观角度看,光线仍然是直线传播。
其实,生活中这类现象很常见,比如下图的光纤灯,就是利用了该原理制造出来的。在通信领域,光线传导也是该原理的重要应用。