光的認識與實踐

摘要：1 通過對光的發展史的認知過程，知道一種觀點的提出必須有實驗作為基礎。2 掌握提出假設、實驗驗證、完善理論的科學研究的一般方法。3 了解光學知識在物理、生物、化學等學科中的應用，通過實驗探索，學會對一些光學現象進行分析、解釋，培養學生的創新意識和能力。4 學會用對立與統一的哲學觀點分析問題。

關鍵詞：高中物理；光的認識與實踐

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

1、活動方案設計參考

1.1 主要內容

本項活動與高中物理“光的反射和折射”、“光的本性”兩章，高中生物“光合作用”、“環境對生物的影響”等內容相輔相成。

1.2 主要活動方式

閱讀、查找資料、實驗、調查、討論和撰寫論文。

1.3 大致活動時間

查找資料1課時，實驗探索1課時，調查l課時，匯報、交流1課時，計4課時。

1.4 課前準備

復習高中物理、生物等相關內容。

1.5 課后延伸

對光在引力場中發生彎曲的知識來源和發現過程進行探索；了解光譜分析法發現的化學元素；光在軍事、醫療領域的應用。

2、綜合能力訓練活動

2.1 光本質的思考

2.1.1 閱讀、查找資料后填空

17世紀后期。關于光的本質有兩種對立的看法。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說。牛頓的微粒說在解釋_______________ _________________等現象時獲得了成功，但也存在很大困難。1678年惠更斯在法國科學院發表講演反對牛頓為代表的光的微粒學說。他認為，如果光是微粒性的，光在交叉時就會發生_________，使____________發生改變。可是當時人們并未觀察到這種現象。但是由于當時牛頓在科學界的巨大聲望，再加上惠更斯錯誤的認為光和聲波一樣都是縱波，使波動說無法解釋只有橫波才能有的偏振現象和雙折射現象，導致18世紀光的波動說被放棄。

到了19世紀初，由于托馬斯·揚成功地設計了____________，為光的波動說奠定了基礎。

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為他是百無一失的。我遺憾地看到，他也會弄錯，而他的權威也許有時甚至阻礙了科學的進步。”

你認為托馬斯·楊說這段話的依據是什么?這種藐視權威的精神是否有利于科學進步?

19世紀光的波動理論開始占了統治地位，特別是麥克斯韋光的電磁說使光的波動理論發展到相當完美的地步。法拉第在研究電磁現象的過程中，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。但是由于他的數學水平不高，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學才能完善了電磁場理論，建立了一組描述電磁場運動規律的方程。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。

法拉第是實驗大師，麥克斯韋是數學天才，物理與數學的綜合才造就了電磁學的高樓大廈。你是怎樣學好數學為理、化、生打好基礎的?麥克斯韋導出的電磁波在真空中傳播的速度等于多少?是誰第一個較精密地測出了光速?

2.1.3 閱讀、填空、設計實驗并回答問題

在19世紀和20世紀之交，還在赫茲用實驗證實光的電磁說的時候，就已經發現了后來叫做光電效應的現象，這個現象使_______遇到了無法克服的困難。

請設計光電效應實驗，進行操作演示。

為什么光的波動理論不能解釋該實驗?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現象。這就揭示了光具有——性。你認為光子說與波動說是否矛盾，怎樣用哲學中對立統一的觀點去解釋?

1913年德布羅意畢業于巴黎大學文理院。獲得文學學士和碩士學位。他的哥哥莫里斯是位物理學家，德布羅意在哥哥的影響和幫助下，漸漸地對物理發生了興趣。1923年，他經過充分的醞釀，用類比的方法提出了大膽的設想：光既然有波粒二象性，那么實物粒子也應該具有這一特性，并且導出了波的計算公式。1925年，德布羅意的設想得到驗證，戴維遜和革末在實驗室得到了電子衍射的照片。德布羅意因此獲得了1929年的諾貝爾物理學獎。

物理學中有不少的發現和實驗都是用類比的方法得到的，你能舉例說明嗎?

2.2 實驗探索

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)。用一銅絲緊緊穿進一只小孔。將蠟燭點燃，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象?怎樣解釋?

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

2.2.3 用—些水生小動物如魚、水草等設計—個生態球燈具。

2.2.4 查閱資料并設計一個實驗研究光照對動物繁殖活動的影響，如研究怎樣提高家雞的產蛋率。

2.3 調查和研究——城市光污染的產生與解決

過強的光和雜亂無章的光等叫做光污染，請調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家發現新元素的?

3.2 光在引力場中會發生偏移嗎?是誰提出了理論?是怎樣得到驗證的?

3.3 《京都議定書》是1997年在日本京都召開的聯合國《氣候變化框架公約》締約方第3次大會上通過的旨在限制各國溫室氣體排放量的協議。議定書規定，在2008-2012年期間，38個主要工業國的二氧化碳等6種溫室氣體排放量需在1990年的基礎上平均削減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次大會因歐美無法就履行議定書問題達成一致而被迫中斷。大會定于2010年7月在德國波恩復會，4月21日的環境部長非正式會議是一次籌備會議。試論述《京都議定書》實施的意義。

參考答案：三(二)、1 當把熏黑的小球放入清水中，會發現小球比原來還要光亮。因為鋼球上的碳粒對水來說是一種不潤浸物質，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生了全反射現象，因此出現了黑黑的小球進入水中變得光亮的奇妙現象。此外，小孔中還會向外冒出小亮球，這是因為水進入小孔將空氣擠出形成小氣泡。光由水中射到氣泡上也發生了全反射。相關資料

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，其他絕大多數生物都不能直接利用光能，而只能利用儲存在有機物中的由光能轉變成的化學能。光能怎樣才能轉變成化學能呢?這就要通過光合作用。

植物通過光合作用制造有機物的規模是非常巨大的。據估計整個自然界每年大約形成四、五億千噸有機物，大大超過了地球上每年工業產品的生產量。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物，人類和動物的食物也都直接或間接地來自光合作用所制造地有機物。

據估計，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。以這樣的速度來計算，大氣中的氧氣在3000年左右就會用完。而綠色植物廣泛地分布在地球上，不斷地進行著光合作用，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定。因此，綠色植物可以稱為“自動的空氣凈化器”。

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，有些植物只有在強光下才能生長得好，如松、杉、柳、槐、小麥、玉米等。在小麥灌漿時期，陰雨連綿的天氣就會造成小麥減產。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。有人對某個海灣進行調查時發現，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，日照時間的長短對植物的開花時期也有影響。有些植物的開花需要較長時間的日照，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間的長短要求并不嚴格，可以在不同的季節開花。

陽光對動物的影響也很明顯。陽光能夠影響動物的體色。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系。陽光能影響動物的視覺。有些動物在夜間幾乎什么都看不見，如雞等。有些動物在夜間有很好的視力，如貓頭鷹等。日照時間的長短對動物的繁殖活動有影響。鱒魚常在12月產卵，這是因為它的生殖器官要在短日照的刺激下才能成熟。陽光還能影響動物的生長發育。有人曾經做過這樣的試驗：把蚜蟲培養在連續光照或連續無光照的條件下，產生的個體大多沒有翅；把蚜蟲培養在光暗交替的條件下，產生的個體大多有翅。在生活習性上，有些動物具有趨光性，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業害蟲。