一、结合光学发展史
例1. 如图1所示,这是法国菲索设计的,他在世界上第一个测出了地面上光速。光源S发出的光被毛玻璃片(也能透过光线)反射后,穿过齿轮A的齿隙(如图中P),然后经过相当长的距离AB,从B处的平面镜M循原路反射回来,仍然通过齿隙P而被观察到。若齿轮以某一转速转动时,从P穿出的光线恰被齿1挡住,从Q穿过的光线返回时恰被齿2挡住,这时观察者便看不见光线。如果齿轮的齿数为Z,每秒钟转n转,AB距离为L,由这个实验测得光速的表达式是___________。
析与解 要测出光速,必须测得AB之间的距离和光通过AB距离所用的时间t,由于光速太大,故时间很短,因此必须通过巧妙的方式才能精确测得,本题利用齿轮转动时,光在AB间来回传播的时间与齿轮从P的中心转到1的中心时间相等来精确测定时间,这样,问题就获得解决。因此t=1/2nZ光速的表达式为c=2L/(1/2nZ)=4nZL
例2. 古希腊地理学家通过长期观测,发现6月21日正午时刻,在北半球B城阳光与竖直方向成7.5度角下射,而B城正南方,与B城距离为L的A城,阳光恰好沿竖直方向下射(如图2甲所示),射到地球的太阳光可视为平行光。据此他估算出地球的半径。试写出估算地球半径的表达式R=__________。
析与解 地球的载面可看作一个圆,如图2乙所示,则A、B两地的距离L等于弧AB的长,弧AB所对的圆心角为θ=7.5°=π/24,由弧长公式L=θR得:R=L/θ=24L/π。
二、结合课本内容设计探究性试题
例3. 请同学们阅读下面的短文
反射面是球面一部分的镜子叫球面镜,用球面的内表面作反射面的镜子叫凹面镜,简称凹镜,那么凹镜对光有什么作用呢?
小明首先进行了大胆的猜想,先找到所有可能的情况,即会聚、发散、既不会聚又不发散,只有这三种情况,但究竟哪一种情况是正确的呢,小明做了以下实验
他将10只激光手电筒捆在一起,形成一束平行先,然后对着凹镜照射,发现了如图3所示的现象,请同学们根据上述短文回答以下问题
(1)通过实验小明可得到的结论是__________;
(2)你认为凹镜的应用有___________(试举一例)。
(3)通过小明和你对凹镜的学习,想一想这个过程是经过了大致怎样的程序步骤?
析与解 (1)由图可知:平行光经凹镜反射后,反射光线会聚于焦点,因此凹镜对光有会聚作用;(2)凹镜的应用有太阳灶、探照灯、手电筒、汽车头灯等;(3)通过小明和你对凹镜的学习,这个过程大致经过的程序步骤是:提出问题→进行猜想→设计实验→实验探究→得出结论→迁移应用。
三、关注德育渗透
例4. 很早的时候,我们的祖先就注意观察天象,商朝甲骨文里有许多日食、月食的记载,如图4所示,近年,我国科学家根据古书中“懿王元年天再旦于郑”的记载,猜想“天再旦”是天亮的两次,即发生在早晨的日全食。恰巧,1997年3月9日,我国境内发生了20世纪最后一次日全食。日全食发生时,新疆北部正好是天亮之际。这次日全食的观测,证实了我国科学家对“天再旦”的猜想,为我国的“夏商周断代工程”的课题研究提供了重要的依据。经过推算,我国科学家得出周懿王元年是公元前899年,陕西省的学者和科技工为此项研究工作作出了杰出贡献。日全食现象可以用_________来解释。科学家们的这次研究中采用了多种科学方法,请你任意写出两种________,_________。
析与解 日全食现象可以用光的直线传播来解释。科学家们在这次研究中采用了猜想、观测、推算、验证等多种科学方法。
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