简析光学新颖试题

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

凹面镜

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“（周）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作者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。

四、设置生活情景

例5. 如图5是一种称之为“七仙女”的神奇玻璃酒杯，空杯时什么也看不见，斟足酒，杯底立即显现出栩栩如生的仙女图。下列对仙女图形成原因的探讨，正确的是（ ）

A. 可能是酒具有化学显影作用

B. 可能是酒的液面反射，在酒中出现放大的像

C. 可能是图片在杯底凸透镜焦点处成放大的像

D. 可能是斟酒后杯底凸透镜焦距变大，使图片在一倍焦距以内，成放大的虚像

析与解 根据图示可知“仙女图”形成的原因一定是利用凸透镜成象的光学知识来解释，故可排除选项A；若为酒的液面反射，相当与平面镜成象，因此可排除选项B；根据凸透镜成象规律可排除选项C；故答案应选D。

五、利用高中内容

例6. 如图6所示，光从空气斜射入玻璃中时，发生了折射现象。从图上看出折射角r小于入射角i。但i与r之间究竟有什么定量关系呢？1621年荷兰学者涅尔通过实验终于找到了i与r之间的规律。下面列出的是一组光从空气进入玻璃时，i与r的数值表。

分析上述实验数据，得出入射角跟折射角之间的定量关系是___________。

析与解 答案是：sini/cosr＝1.49

六、注重多学科渗透

例8. 阅读材料

黑色花为什么很少见

我们生活在姹紫嫣红、色彩缤纷的花的世界里，但是我们看到的黑色花却很少。

植物学家对四千多种花的颜色进行了统计，发现只有8种黑色花，而且还不是纯正的黑色，只是偏紫色而已。为什么会出现这种现象呢？原来花的颜色与阳光及花瓣反射、吸收光有关。太阳光是由七种色光（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）组成。光的颜色不同，其热效应不同。有色不透明物体反射与它颜色相同的光，吸收与它颜色不同的光，黑色物体吸收各种颜色的光。花瓣比较柔嫩，为了生存，避免高温伤害，它们吸收热效应较弱的光，而反射热效应较强的光。这就是我们看到红、橙、黄色花多，而蓝、紫色的花少的缘故。若吸收七种色光，受高温伤害就更大，花也更难生存，所以黑色花很少。

请回答下列问题：

（1）红花反射什么颜色的光，吸收什么颜色的光？

（2）材料中提到“光颜色不同，热效应不同”，请你比较红色光与蓝色光的热效应强弱。

（3）材料中没有提到白花。请你推断白花反射、吸收色光的情况。

析与解 本例是语言阅读能力、生物知识与物理的融合，要求学生在阅读的基础上，通过他们的探索、研究，探求问题的解决的一种题型。本题既考查了学生的信息收集、转化和处理能力及联想能力，又引导学生树立自然界事物是相互联系的科学世界观。答案是：（1）红花反射红色光，吸收其他颜色的光；（2）红色光的热效应较强；（3）白色花反射所有颜色的光，很少吸收色光。