绿色圃中小学教育网

 找回密码
 免费注册

QQ登录

只需一步,快速开始

楼主: 漫步云涧
打印 上一主题 下一主题

物理爱好者

[复制链接]
85#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:44:00 | 只看该作者
测量员的助手

周肇威
  光在空气中沿直线传播,即光的直进,用途很广,下面就是几个常见的例子。
  木工在检验木条是否平直时,往往闭住一只眼,把张开的另一只眼放到木条的一端,沿着木条的边缘望去,如果边缘重合成了一点,就说明边缘上的各点都在同一条直线上。这就是利用了光的直线传播。
  栽树苗或者埋电线杆,要想栽成一条直线,也要应用光的直线传播。测量员进行大地测量时,要用标杆来确定直线,具体做法是:先按照规定的方向,在地面上竖直地立起两根标杆确定直线的方向。再请人拿着第三根标杆向前走到第二根标杆前面某一位置上,测量员在第一根标杆处用一只眼朝第一、二根标杆的方向望去,并用手势指挥拿第三根标杆的人移动标杆的位置,等到第三根标杆恰好被前两根标杆遮住时,三根标杆便在一条直线上了。第四、五根标杆的位置也是如此确定。你可以找几位同学试一试看。
  使用小平板仪(图41)测绘方向线MN时,要使照准器的觇孔、照准丝和M点的标杆在一条直线上,这也是利用了光的直进。
  我们的眼睛和大脑也是利用光的直进来确定物体位置的。这里有一枝笔,你伸手就拿来了。你的手为什么能抓得那么准呢?由于光线是直进的,从两条光线的交点就能找到发光点的位置。图42画出了两只眼同时观察铅笔尖(P点)的情况,来自笔尖的两条光线PO1PO2分别射入左眼和右眼,引起了视觉。人脑根据这两条光线,自动确定出P点的位置,伸手就抓住了笔尖。如果是一只眼,那就有困难了,不信你就试一试:用左手拿一支削尖的铅笔,笔尖向上,放在眼前一定距离处,闭上一只眼睛,用右手伸直的食指,从侧面去摸笔尖,怎么样?摸不准吧?这是为什么呢?
  一些现代化设备也应用光的直进。在安装北京饭店电梯时,为了使80多米高的电梯又正又直,工程技术人员用一束激光代替了铅垂线,在激光帮助下,工程又快又好地竣工了。
回复

使用道具 举报

86#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:44:00 | 只看该作者
树荫下的光斑为什么是圆形的?



周肇威



  烈日当空,我们坐在大树下乘凉的时候,常常可以看到地上有一个个小圆形亮斑。大家很自然会想到这是太阳光透过树叶间的空隙射在地面上产生的。但是树叶之间的空隙形状各异,为什么亮斑都是恰好成为圆形的呢?这是因为树叶间的空隙大小比起太阳和太阳到树的距离来说,都是极小的,因此可以把这些空隙看作是一些小孔。由于光是沿直线传播的,太阳发出的光通过这些小孔在地面上成像,所以地面上的光斑是太阳通过树叶空隙小孔成的像。因为太阳是圆形的,所以光斑也是圆形的。

回复

使用道具 举报

87#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:44:00 | 只看该作者
穿衣镜需要多高

周肇威
  要认镜子里看到自己的全身像,穿衣镜至少应当多高呢?你也许会说,镜子应当和人一般高。大概古人也是这么想的,故宫里有一面镜子,大约有两米高;而《红楼梦》中,刘姥姥误入怡红院时照的镜子则是“四面雕空的板壁,将这镜子敬在中间的。”
  其实,竖直放着的穿衣镜,只要有人身高的一半就能照出全身像来,所以,大衣柜上的穿衣镜一般只有1米或90厘米长就够了。
  19世纪时,有人在实验室里设计过一个量身高的长条形平面镜,叫半长度镜,专门用来测量人体有多高。
  现在,就拿你房间里的穿衣镜来做这个实验吧:你站到穿衣镜前面任意地方,并且让一位同学站到穿衣镜旁边,然后把你所看到自己的头顶和脚跟在镜子内的位置指点给同学,请他在镜子上用橡皮膏标出这两个点的位置。用尺子量出两块橡皮膏之间的距离,用这个数乘上2,看看是不是等于你的身高?
  你也许会想,这跟人站的位置有关系吧?人走近镜面,就应当占去更多的镜面吧?试试看,你会发现,不管站在哪个位置,两块橡皮膏之间的距离总是你身高的一半。
  图43中画的是刘姥姥站在不同位置照镜子时的光路。A是刘姥姥的头顶,从头顶射向镜面的光线Ac,与镜面交于C点,经镜面反射后进入眼睛,经过人的视觉,便在镜后的A′看到了头顶的的虚像。从脚射向镜面的光线BD,与镜面交于D点,经镜面反射后,反射光线进入眼里,这时刘姥姥在BD的延长线的B′点处就看到了脚的虚像。从图中可以看出,镜子只要有CD那段长就可以看到全身像。
  课本里已经指出,平面镜里的虚像和原物大小相等,像和物到镜面的距离相等,因此,镜中的刘姥姥的像自然和刘姥姥一般高,而且像和人到镜面的距离相等。
  我们再研究一下CD有多长。在ΔAEB′中,由于镜面是竖直的,刘姥姥也是直立的,所以CDAB′是平行线,另外,ECCA′,即C点是EA′的中点,三角形ECD和三角形EAB′是相似的,它们对应边之比是12,所以CD当然是AB′或AB12了。即镜长是身高的一半。
  当刘姥姥缓步向镜后退去的时候,她的虚像当然要面对面地跟随着远离镜面,但是镜长仍是身高的一半,同学们可以自己画图来证明。
回复

使用道具 举报

88#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:45:00 | 只看该作者
自行车尾灯的光学原理

周肇威
  自行车后面装着一个红色的尾灯,里面没有灯泡,它有什么用处呢?白天,它的红颜色会引起后面的汽车司机的注意。夜晚,你拿个手电筒照一下,它会“发光”。它的本领是不管入射光从哪个角度射来,它的反射光都能逆着原方向反射回去。自行车尾部安上它,后面的汽车灯光照在它上面,司机看上去特别耀眼,就引起了司机的注意,避免汽车撞上。
  现在拿两面镜子,使它们互成90°,这样组成一个偶镜,你做一次偶镜的游戏就能揭开自行车尾灯之谜了。把偶镜立在小柜子上,让镜子距地面的高度跟你眼睛的高度相同,拿一个手电筒,像图47那样让它靠着你的头。打开手电筒,让光线水平地射到偶镜上。看!偶镜上发出眩目的反射光。不管手电筒的光沿什么方向射向镜面,只要使光线保持水平,那么,反射光线就总是逆着原来的方向反射回来。
  图48画出了偶镜的光路。入射光沿AO方向射到第一面镜子M1上,经反射后,沿O1O2方向射向第二面镜子M2,最后反射光线沿O2B方向反射回来。我们可以证明O2B平行于AO1
  因为主∠1=∠2,(光的反射定律)
  O1N1MM2(它们同时与MM1垂直)
  ∠2=∠3,(内错角)
  ∠4=∠5,(光的反射定律)
  ∠690°-∠590°-∠4=∠3
  所以∠6=∠3=∠2=∠1
  因为∠3=∠7(对顶角),
  所以
  ∠6+∠7=∠1+∠2
  结论O2BAO1(同位角相等)
  如果在这个偶镜上再加一面镜子,使三面镜子互相垂直;就像从箱子上切下一个角,得到了一个四面体,这就成了角反射器,它实际上是三对偶镜。从任何方向射向角反射器的光线都会被它沿原方向反射回来。自行车的尾灯,从表面上看去好像是蜂窝图案,它里面实际上是许许多多角反射器。本世纪60年代科学家们利用宇宙飞船已经把一个角反射器放到了月球上。从地球上向这个角反射器发送激光束,精确测出激光从地球射到反射器再返回地球的时间,再利用光速就可以算出月球到地球的距离。
回复

使用道具 举报

89#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:45:00 | 只看该作者
两个有趣的光学游戏

周肇威
  拿一个透明的玻璃杯,灌上清水,就可以做两个有趣的光学游戏。
  晚上,把一个台灯放在远处,别的灯都关掉,把水杯举起来,透过水杯从下向上看,你会看到,水的内表面像镜子一样,映出远处的台灯。如果台灯比较亮,你会发现,那水面竟然闪着银光!
  好,现在拿一支铅笔,把它的笔尖插到水中,透过水杯从下往上看,在水面上下出现了两个铅笔尖,一个向下,那是直接看到的铅笔尖;一个向上,那是铅笔尖的像(图49)。你看,这水的内表面不也是一块地道的镜子吗?
  这两个游戏里观察到的现象,都是光从水里射到水和空气的分界面上发生反射造成的。光从水里射向空气中时,为什么会发生这种反射现象呢?下面就来讲这个问题。
回复

使用道具 举报

90#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:45:00 | 只看该作者
光的全反射

周肇威
  课本里“光的折射”一节已经介绍过,当光从水斜射入空气里的时候,光在分界面上有一部分被反射回水中,另外有一部分则进入空气里发生折射。那里已指出,这时折射角大于入射角(见图410)。
  如果在水里放一个密封的灯泡,外面有一个可以转动的套筒,套筒上开一条缝。转动套筒就可以改变透出的光线射向界面的方向。通过直接观察就可以看出,当入射角从小变大时,折射角也越来越大,而且折射光逐渐变弱,反射光逐渐变强。
  由于折射角大于入射角,当入射角达到某个值时(还未到90°),折射角就已经达到90°,这时就没有折射光,光全部都反射回水里了。这就是全反射现象。这时的入射角称为临界角。上面讲的,当光从水里或玻璃棱镜里射向它们和空气的分界面时,只要入射角大于临界角光就全部反射回水或玻璃里。这就是上节小游戏中出现的现象的原因。
  再想一想:当光从空气斜射入水中,会不会发生全反射现象?只要看一看这种情况下折射角的特点就能得出正确的答案了。
回复

使用道具 举报

91#
 楼主| 发表于 2008-11-3 08:45:00 | 只看该作者
光导纤维

周肇威
  1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理,他做了一个简单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的水俘获了(图411)。
  人们曾经发现,光能沿着从酒桶中喷出的细酒流传输;人们还发现,光能顺着弯曲的玻璃棒前进。这是为什么呢?难道光线不再直进了吗?这些现象引起了丁达尔的注意,经过他的研究,发现这是全反射的作用,即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多次全反射向前传播。
  后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维,当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线,所以称它为光导纤维。
  光导纤维可以用在通信技术里。19799月,一条33公里的120路光缆通信系统在北京建成,几年后上海、天津、武汉等地也相继铺设了光缆线路,利用光导纤维进行通信。
  利用光导纤维进行的通信叫光纤通信。一对金属电话线至多只能同时传送一千多路电话,而根据理论计算,一对细如蛛丝的光导纤维可以同时通一百亿路电话!铺设1000公里的同轴电缆大约需要500吨铜,改用光纤通信只需几公斤石英就可以了。沙石中就含有石英,几乎是取之不尽的。
  另外,利用光导纤维制成的内窥镜,可以帮助医生检查胃、食道、十二指肠等的疾病。光导纤维胃镜是由上千根玻璃纤维组成的软管,它有输送光线、传导图像的本领,又有柔软、灵活,可以任意弯曲等优点,可以通过食道插入胃里。光导纤维把胃里的图像传出来,医生就可以窥见胃里的情形,然后根据情况进行诊断和治疗。
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 免费注册

本版积分规则

绿色圃中小学教育网 最新主题

GMT+8, 2024-11-16 07:53

绿色免费PPT课件试卷教案作文资源 中小学教育网 X3.2

© 2013-2016 小学语文数学教学网

快速回复 返回顶部 返回列表