光的認(rèn)識與實(shí)踐

摘要：1 通過對光的發(fā)展史的認(rèn)知過程，知道一種觀點(diǎn)的提出必須有實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)。2 掌握提出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、完善理論的科學(xué)研究的一般方法。3 了解光學(xué)知識在物理、生物、化學(xué)等學(xué)科中的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)探索，學(xué)會(huì)對一些光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行分析、解釋，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。4 學(xué)會(huì)用對立與統(tǒng)一的哲學(xué)觀點(diǎn)分析問題。

關(guān)鍵詞：高中物理；光的認(rèn)識與實(shí)踐

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315(2010)2-013-002

1、活動(dòng)方案設(shè)計(jì)參考

1.1 主要內(nèi)容

本項(xiàng)活動(dòng)與高中物理“光的反射和折射”、“光的本性”兩章，高中生物“光合作用”、“環(huán)境對生物的影響”等內(nèi)容相輔相成。

1.2 主要活動(dòng)方式

閱讀、查找資料、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、討論和撰寫論文。

1.3 大致活動(dòng)時(shí)間

查找資料1課時(shí)，實(shí)驗(yàn)探索1課時(shí)，調(diào)查l課時(shí)，匯報(bào)、交流1課時(shí)，計(jì)4課時(shí)。

1.4 課前準(zhǔn)備

復(fù)習(xí)高中物理、生物等相關(guān)內(nèi)容。

1.5 課后延伸

對光在引力場中發(fā)生彎曲的知識來源和發(fā)現(xiàn)過程進(jìn)行探索；了解光譜分析法發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素；光在軍事、醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、綜合能力訓(xùn)練活動(dòng)

2.1 光本質(zhì)的思考

2.1.1 閱讀、查找資料后填空

17世紀(jì)后期。關(guān)于光的本質(zhì)有兩種對立的看法。一種是以牛頓為首的微粒說，另一種是以惠更斯為首的波動(dòng)說。牛頓的微粒說在解釋_______________ _________________等現(xiàn)象時(shí)獲得了成功，但也存在很大困難。1678年惠更斯在法國科學(xué)院發(fā)表講演反對牛頓為代表的光的微粒學(xué)說。他認(rèn)為，如果光是微粒性的，光在交叉時(shí)就會(huì)發(fā)生_________，使____________發(fā)生改變?？墒钱?dāng)時(shí)人們并未觀察到這種現(xiàn)象。但是由于當(dāng)時(shí)牛頓在科學(xué)界的巨大聲望，再加上惠更斯錯(cuò)誤的認(rèn)為光和聲波一樣都是縱波，使波動(dòng)說無法解釋只有橫波才能有的偏振現(xiàn)象和雙折射現(xiàn)象，導(dǎo)致18世紀(jì)光的波動(dòng)說被放棄。

到了19世紀(jì)初，由于托馬斯·揚(yáng)成功地設(shè)計(jì)了____________，為光的波動(dòng)說奠定了基礎(chǔ)。

2.1.2 閱讀查找資料，回答問題

在1801年，托馬斯·楊就這樣聲稱：“盡管我仰慕牛頓的大名，但我并不因此非得認(rèn)為他是百無一失的。我遺憾地看到，他也會(huì)弄錯(cuò)，而他的權(quán)威也許有時(shí)甚至阻礙了科學(xué)的進(jìn)步。”

你認(rèn)為托馬斯·楊說這段話的依據(jù)是什么?這種藐視權(quán)威的精神是否有利于科學(xué)進(jìn)步?

19世紀(jì)光的波動(dòng)理論開始占了統(tǒng)治地位，特別是麥克斯韋光的電磁說使光的波動(dòng)理論發(fā)展到相當(dāng)完美的地步。法拉第在研究電磁現(xiàn)象的過程中，憑借他豐富的想象力和敏銳的洞察力，提出了非常深刻的“力線”和“場”的思想。但是由于他的數(shù)學(xué)水平不高，無法把他的理論提高為精確的定量理論。而麥克斯韋憑借他高超的數(shù)學(xué)才能完善了電磁場理論，建立了一組描述電磁場運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方程。更妙的是麥克斯韋用自己的方程推出了電磁波的速度正好等于光速，這就證明了光是一種電磁波。

法拉第是實(shí)驗(yàn)大師，麥克斯韋是數(shù)學(xué)天才，物理與數(shù)學(xué)的綜合才造就了電磁學(xué)的高樓大廈。你是怎樣學(xué)好數(shù)學(xué)為理、化、生打好基礎(chǔ)的?麥克斯韋導(dǎo)出的電磁波在真空中傳播的速度等于多少?是誰第一個(gè)較精密地測出了光速?

2.1.3 閱讀、填空、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并回答問題

在19世紀(jì)和20世紀(jì)之交，還在赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)光的電磁說的時(shí)候，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了后來叫做光電效應(yīng)的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象使_______遇到了無法克服的困難。

請?jiān)O(shè)計(jì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行操作演示。

為什么光的波動(dòng)理論不能解釋該實(shí)驗(yàn)?困難在那里?愛因斯坦提出了——的理論，很好地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。這就揭示了光具有——性。你認(rèn)為光子說與波動(dòng)說是否矛盾，怎樣用哲學(xué)中對立統(tǒng)一的觀點(diǎn)去解釋?

1913年德布羅意畢業(yè)于巴黎大學(xué)文理院。獲得文學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位。他的哥哥莫里斯是位物理學(xué)家，德布羅意在哥哥的影響和幫助下，漸漸地對物理發(fā)生了興趣。1923年，他經(jīng)過充分的醞釀，用類比的方法提出了大膽的設(shè)想：光既然有波粒二象性，那么實(shí)物粒子也應(yīng)該具有這一特性，并且導(dǎo)出了波的計(jì)算公式。1925年，德布羅意的設(shè)想得到驗(yàn)證，戴維遜和革末在實(shí)驗(yàn)室得到了電子衍射的照片。德布羅意因此獲得了1929年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

物理學(xué)中有不少的發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)都是用類比的方法得到的，你能舉例說明嗎?

2.2 實(shí)驗(yàn)探索

2.2.1 取一空心光亮不銹鋼小球，用電鉆鉆兩只小孔(在不銹鋼裝潢門市部可加工)。用一銅絲緊緊穿進(jìn)一只小孔。將蠟燭點(diǎn)燃，抓住銅絲將鋼球全部熏黑，然后將鋼球全部浸沒在燒杯中的清水中。請問你觀察到了什么現(xiàn)象?怎樣解釋?

2.2.2 用市場銷售的激光電筒制作一光學(xué)儀器，要求能用該儀器定量驗(yàn)證光的反射定律和折射定律。

2.2.3 用—些水生小動(dòng)物如魚、水草等設(shè)計(jì)—個(gè)生態(tài)球燈具。

2.2.4 查閱資料并設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究光照對動(dòng)物繁殖活動(dòng)的影響，如研究怎樣提高家雞的產(chǎn)蛋率。

2.3 調(diào)查和研究——城市光污染的產(chǎn)生與解決

過強(qiáng)的光和雜亂無章的光等叫做光污染，請調(diào)查自己所在的城市或居住地的光污染情況，并提出解決方案。

2.4 討論、交流和答辯

分小組進(jìn)行交流、討論，并推選出最佳人員參加大組的交流、答辯。

3、綜合能力自我測試

3.1 光譜分析是怎樣幫助化學(xué)家發(fā)現(xiàn)新元素的?

3.2 光在引力場中會(huì)發(fā)生偏移嗎?是誰提出了理論?是怎樣得到驗(yàn)證的?

3.3 《京都議定書》是1997年在日本京都召開的聯(lián)合國《氣候變化框架公約》締約方第3次大會(huì)上通過的旨在限制各國溫室氣體排放量的協(xié)議。議定書規(guī)定，在2008-2012年期間，38個(gè)主要工業(yè)國的二氧化碳等6種溫室氣體排放量需在1990年的基礎(chǔ)上平均削減5.2％，其中美國削減7％，歐盟8％，日本和加拿大分別削減6％。2009年11月在荷蘭舉行的公約締約方第6次大會(huì)因歐美無法就履行議定書問題達(dá)成一致而被迫中斷。大會(huì)定于2010年7月在德國波恩復(fù)會(huì)，4月21日的環(huán)境部長非正式會(huì)議是一次籌備會(huì)議。試論述《京都議定書》實(shí)施的意義。

參考答案：三(二)、1 當(dāng)把熏黑的小球放入清水中，會(huì)發(fā)現(xiàn)小球比原來還要光亮。因?yàn)殇撉蛏系奶剂λ畞碚f是一種不潤浸物質(zhì)，這樣在水和碳粒之間形成薄薄的空氣層。光線由水射到空氣層上發(fā)生了全反射現(xiàn)象，因此出現(xiàn)了黑黑的小球進(jìn)入水中變得光亮的奇妙現(xiàn)象。此外，小孔中還會(huì)向外冒出小亮球，這是因?yàn)樗M(jìn)入小孔將空氣擠出形成小氣泡。光由水中射到氣泡上也發(fā)生了全反射。相關(guān)資料

1、光合作用的意義

從根本上說，生物所需要的能量幾乎都來自太陽光。但是，除了綠色植物以外，其他絕大多數(shù)生物都不能直接利用光能，而只能利用儲存在有機(jī)物中的由光能轉(zhuǎn)變成的化學(xué)能。光能怎樣才能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能呢?這就要通過光合作用。

植物通過光合作用制造有機(jī)物的規(guī)模是非常巨大的。據(jù)估計(jì)整個(gè)自然界每年大約形成四、五億千噸有機(jī)物，大大超過了地球上每年工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)量。所以，人們把地球上的綠色植物比作龐大的“綠色工廠”。綠色植物的生存離不開光合作用制造的有機(jī)物，人類和動(dòng)物的食物也都直接或間接地來自光合作用所制造地有機(jī)物。

據(jù)估計(jì)，全世界生物的呼吸和燃料的燃燒所消耗的氧氣量每秒鐘為1萬噸。以這樣的速度來計(jì)算，大氣中的氧氣在3000年左右就會(huì)用完。而綠色植物廣泛地分布在地球上，不斷地進(jìn)行著光合作用，吸收二氧化碳和放出氧氣，也使得大氣中的氧氣和二氧化碳的含量基本上保持穩(wěn)定。因此，綠色植物可以稱為“自動(dòng)的空氣凈化器”。

2、光對生物的影響

沒有陽光，植物就不能光合作用，也就不能生存下去。因此．陽光對植物的生理和分布起著決定性的作用。在陸地上，有些植物只有在強(qiáng)光下才能生長得好，如松、杉、柳、槐、小麥、玉米等。在小麥灌漿時(shí)期，陰雨連綿的天氣就會(huì)造成小麥減產(chǎn)。有些植物只有在密林下層的陰暗處才能生長得好，如藥用植物人參、三七等。在海洋里，隨著深度的增加，光線逐漸減弱，所分布的植物種類也有差別。有人對某個(gè)海灣進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在淺水處生長了很多綠藻，稍深處則有很多褐藻，再深一些的水中則生長了很多紅藻。陽光能夠到達(dá)的極限為海面以下200米，因此，在200米以下的水域里，植物就難以生存了。另外，日照時(shí)間的長短對植物的開花時(shí)期也有影響。有些植物的開花需要較長時(shí)間的日照，這些植物只在春末夏初開花，如苜蓿、鳶尾、菠菜等；有些植物的開花需要較短時(shí)間的日照，這些植物在秋季開花，如菊科的植物。還有些植物對日照時(shí)間的長短要求并不嚴(yán)格，可以在不同的季節(jié)開花。

陽光對動(dòng)物的影響也很明顯。陽光能夠影響動(dòng)物的體色。例如，魚的身體的背面顏色較深，腹面卻是白色，這就跟陽光的影響有關(guān)系。陽光能影響動(dòng)物的視覺。有些動(dòng)物在夜間幾乎什么都看不見，如雞等。有些動(dòng)物在夜間有很好的視力，如貓頭鷹等。日照時(shí)間的長短對動(dòng)物的繁殖活動(dòng)有影響。鱒魚常在12月產(chǎn)卵，這是因?yàn)樗纳称鞴僖诙倘照盏拇碳は虏拍艹墒?。陽光還能影響動(dòng)物的生長發(fā)育。有人曾經(jīng)做過這樣的試驗(yàn)：把蚜蟲培養(yǎng)在連續(xù)光照或連續(xù)無光照的條件下，產(chǎn)生的個(gè)體大多沒有翅；把蚜蟲培養(yǎng)在光暗交替的條件下，產(chǎn)生的個(gè)體大多有翅。在生活習(xí)性上，有些動(dòng)物具有趨光性，如蛾類等。蛾類昆蟲對紫外線很敏感，因此，人們常在夜間用黑光燈來誘殺這類農(nóng)業(yè)害蟲。