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光学创新试题赏析

杨九秀

一. 展示光学发展史

例1. 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°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1所示），射到地面的光可视为平行光，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＝______________。

图1

解析：地球的截面可看作一个圆，如图2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

π

==

75

24

. ，根据弧长公式L R

=θ，得：R

L L

==

θπ

24

。

图2

点评：该题是一道物理和数学知识互相渗透的综合题，它展示了光学发展的一段历史。通过该题的解析，不但可以了解光学发展的历史，而且可以进一步提高用数学知识解决物理问题的能力，从中感悟到科学家注重实验、善于观察与分析的科学探究精神。

二. 拓展课本知识

例2. 给你一凸透镜，怎样判断它是不是凸透镜？根据你所学过的光学知识，简要写出四种判断方法。

解析：方法一：根据凸透镜的形状，中间厚两边薄的透镜就是凸透镜。

方法二：根据凸透镜可以会聚光的原理，将一束平行光（或在太阳光下）垂直射到透镜上，移动透镜的位置，直至在光屏上（或地面上）出现一个亮点，则该透镜为凸透镜。

方法三：利用凸透镜能成虚像的原理，通过凸透镜观察书本上的字或其他微小物体，若能观察到放大的像即为凸透镜。

方法四：在光具座上依次放好蜡烛，凸透镜和光屏，调节它们的中心，使其在同一高度，调节凸透镜、光屏位置，若在光屏上可观察到倒立的放大或缩小的实像即为凸透镜。

点评：本题是一道课本知识拓展的方法开放题，是对凸透镜有关知识的拓展，在解题过程中，应根据凸透镜的定义及其成像特点和对光线的折射特点进行分析判断。可见，该题的开放性体现在方法的不确定性上。试题要求同学们结合课本，根据题设情景和解题要求展开，开放思想让他们在开放的空间探索知识，激发创新，在求知中创新和突破。即从

不同的侧面、不同的角度，采取不同的解题思路和方法，达到解决问题、升华课本知识的目的。

三. 结合生活实际

例3. 新建的高楼大厦门表面安装一块玻璃，站在马路上看，它们是一面镜子，通过镜子只能看到自己的像，却看不到马路上的情景。但在大楼内向外看，却变成了普通的玻璃，通过它们能看到马路上的情景，如何解释这一现象？

解析：大多数镜子的金属镀层都比较厚，如果金属镀层足够薄的话，那么入射光仅有部分被反射，另一部分将穿过金属镀层。室内光线比较弱，反射光也比较弱，里面的人可以接受外面透过来的光线看清室外的情景，而室外的人可以接收镜面反射光线看到室外物体的像。这种镜面叫做半镀银镜面。我们若用半镀银镜面做窗玻璃，它就成了一个单向镜面，某些物体反射成像是与背景明亮有关的，如果在背景较暗的情况下，一块平板玻璃也能成像。

点评：本题取材于生活实际，主要考查了同学们对物理知识的理解应用能力。其实，生活实际中的物理问题比比皆是，但同学们往往熟视无睹，这主要是在观念上缺乏观察和理论联系实际的主观意识。通过这类题目的考查，有利于加深同学们对物理知识就在身边的感受，促进同学们能从物理角度观察生活、生产和社会中的各类物理问题，改变“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”的传统学习方法，进而关心社会、关心生活，从而实现“从生活走向物理，从物理走向社会”的物理教学理念。

四. 渗透科学方法

例4. 请同学们阅读下面短文：

反射面是球面的一部分的镜子叫球面镜，用球壳的内表面做反射面的镜子叫凹面镜，简称凹镜。

我们都知道，用平行光对着平面镜照射，反射光线仍然是平行光，也就是说，平面镜对光线既不起会聚作用也不起发散作用，那么，凹镜对光线会起什么作用呢？

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、既不会聚也不发散，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只激光手电筒捆绑在一起，形成一束平行光，然后对着凹镜照射，发现了如图3所示的现象。

图3

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什么结论？

（2）你认为凹镜可以有哪些应用？请说出三个。

（3）通过刚才小明和你对凹镜的学习，想想这个学习过程是经过了大致怎样的程序步骤？请写出来。

解析：（1）从图3中可以看出：平行光线经过凹镜反射后，其反射光线会聚于一点，这一点就是凹镜的焦点，可见凹镜对平行光具有会聚作用。

（2）凹镜的应用有：太阳灶、探照灯、手电筒、天文望远镜等。

（3）通过小明和你对凹镜的学习，这个过程大致经历了以下几个程序步骤：提出问题→进行猜想→设计实验→实验探究→得出结论→实际应用。

点评：该题渗透了科学的物理思想和方法––––科学探究法，展现了凹镜对光有什么作用的整个探究过程。通过解析该题可得到启示：对于探究题应注重观察实验的重要环节，分析解释数据，去粗取精，由具体到抽象，由特殊到一般，运用简洁的语言或数学表达式，得出结论。对于得出的结论还必须批判性的思考，使结论更加完美、准确化，而且这类题目为同学们模拟了一个类似科学家发现问题，研究问题的情景，有利于考查同学们的创造思想、递进思维能力。

五. 关注现代科技

例5. 1999年某国际小组利用一种超低温原子云为媒介，成功地使光在其中的传播速度降低为真空的两千万分之一，这种光速度近于普通人骑自行车的速度，此成果在光计算机、光通信等领域具有广阔的应用前景。科学家正在努力将光速降低到40m/h左右，慢到几乎与乌龟爬行的速度相当。根据以上材料，回答下列问题：

（1）从第一句话可知，光在超低温原子云中的传播速度为_______m/s。

（2）本材料说明光在不同的___________中的传播的速度是不同的。

解析：（1）光在超低温原子中的光速为：v

c

m s m s =

⨯

=

⨯

⨯

=

210

310

210

15

7

8

7

//

（2）从题目中可得到信息：在不同的介质中，光的速度是不同的。所以应填：介质。

点评：本题是结合现代科技信息的阅读题，信息来源于20世纪末国际科研新成果，要求同学们利用所学的物理知识解答现代科技领域中的具体问题。通过解析拉近了现代科技与同学们之间的距离，从高不可攀变为伸手可及，这既能激发同学们的学习兴趣，增强学习的信心，又能破除科学的神秘感，让同学们跟上时代步伐，关注科技成果，增强“科教兴国”的意识，激活创新灵感。

六. 漫画呈现物理情景

例6. 图4中的漫画说明了什么问题？

图4

解析：漫画展示的是一位老人溺水的情景。漫画说明了老人所看到的水底实际上是水底发生折射所形成的虚像。由于虚像比实际水底向上发生偏移，老人看到水底的深度比实际深度要小，因此，老人看到水并不太深，从而发生溺水事故。

点评：这是一道漫画情景题，通过三幅漫画展现了一位老人溺水的情景。这类考题以图代文，识图明理，要求同学们仔细观察、分析、联想，把图中现象或物体与学过的物理知识联系起来，概括出图中的物理思想、观点、方法，并用语言表述出来。这类试题不但能够考查同学们的观察、分析、概括能力和应用物理知识解决实际问题的能力，而且还能考查同学们的阅读能力和语言表达能力。