让光沿曲线跑

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  1.设计实验
  实验目的:了解光的全反射,知道光的全反射在生活中的应用。
  实验材料:激光笔一支、透明塑料瓶一个、剪刀或者钉子。
  2.实验步骤
  (1)用剪刀在透明塑料瓶的中下部开一个小洞。洞的大小以透明塑料瓶中装满水后。水流可以以抛物线形式流出为宜。
  (2)将透明塑料瓶中装满水。同时打开激光笔。从小洞的背面照射。如图1。观察实验现象。
  3.观察思考
  通过实验。我们发现。激光笔发出的光沿直线射入透明塑料瓶。没有水流出时。光在水中是沿着直线前进的。但是。当有水从小孔里流出时,水流弯曲,光线也跟着弯曲。如图2。激光笔射出的光为什么没有继续沿直线向前传播。而是和弯曲的水流一起变成了弧形?
  4.拓展延伸
  我们知道,在同一种均匀介质中。光是沿直线传播的。但当光遇到障碍物时便会改变传播方向。这种现象称为光的反射。当光从一种介质(水或玻璃)斜射入另外一种介质(空气)中时,传播方向也会发生变化。这种现象叫光的折射。
  在今天的实验中。根据光具有沿直线传播的性质。光理应直线穿过塑料瓶。但实际上光却被水流抓住。在水流中重复地进行着反射(如图3),跑不出水流之外。光像这样在物体的边界面上被全部反射的现象就属于全反射现象。
  什么是全反射现象呢?当光从水或玻璃中斜射向空气时,会发生折射现象,折射角大于入射角,如图4甲。入射角增大。折射角也增大。当入射角增大到某一角度时,折射角增大到90°,如图4乙,此时的入射角称为临界角。当入射角大于临界角时。折射光线就会消失,入射光线全部被反射回原介质中,如图4丙。这种现象称为光的全反射现象。
  第一位做类似实验的人是英国物理学家丁达尔。1870年。丁达尔为了讲光的反射原理。在装满水的木桶上钻一个孔。然后用灯从桶上边把水照亮。人们看到放光的水从小孔里流出来,水流弯曲。光线也跟着弯曲。丁达尔经过研究。总结出全反射规律。光在水流或细长玻璃中发生多次全反射。就可以把光从一端传到另一端。光纤通信、胃镜中的光纤电缆等都是利用这种方法来传递信号的。
  责任编辑 程哲
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