光在空气中、水中、玻璃中都走直线吗？如何设计实验能清晰地显示光路?

沃德科学仪器　03-20 21:48

当我们学习完初中物理，会很理所当然的认为光在空气中、在水中、在玻璃中都是按照直线传播的，认为只要用激光笔演示一下就可以了，事实真的这么简单吗?

光在空气中的直线传播实验设计

如果是在晚上做这个实验并不难，只要关上所有的灯，用一个手电筒很轻松让学生观察到光的传播路径。如果在白天这种方法就不明显了，当然可以做一个暗箱之类的。但还是有些麻烦，要让学生动手更不可能。于是我们可以在空气中加烟雾，对于吸烟老师来讲太简单了，但谁会当着学生面吸烟呢？可以用干冰产生雾，这也太麻烦而且一般学校也没有备干冰，成本也高。经过思考，我找来一个平时人们用来给皮肤补水的可喷洒水雾的废旧化装瓶（地摊上有1元/个塑料喷洒瓶），对着激光笔发出的光的方向喷洒水雾，期待的沿直线传播的光路很明显地呈现出来了。这个实验可以方便地在教室里演示给学生观察。

光在水中的直线传播实验设计

我们可以在水中加各种墨水、加碘，或其他可以染色的颜料和一些较透明的饮料均可以，但有些物质加入水中后其实验现象不是很明显，而且与水的颜色的浓度有关，要经过多次实验调节加入颜料的多少。其实最简单、效果显著的方法是上课之前泡上一杯较浓的茶，然后倒在透明的玻璃杯中，用激光笔的光对着茶杯入射就可以非常明显地显示出光的直线传播路径。值得注意的是，如果是圆形的玻璃杯，最好把光从杯口往杯里垂直入射，避免光在杯壁上因折射发生形变。

光在玻璃中的直线传播实验设计

玻璃我们无法在其中加入微粒来发生散射。有人说在玻璃后加纸板，选择多种颜色的纸板通过试验基本无效果。通过分析发现加纸板是为了增加光的反射效果，但光在透明玻璃中传播时很少有沿垂直于传播方向的光射出，所以加纸板是没有效果的。通过实验，我们可以用块4mm厚一面光滑另一面磨砂的毛玻璃，让激光笔发出光沿着磨砂的一边从侧边入射，用光滑的一面对着学生，可以清晰地看到光沿直线传播的路径。利用透明的玻璃砖也可以清晰地看到实验现象，只是实验需要一定的技巧。让激光笔靠近玻璃砖的后边缘入射，大约一半光线在玻璃中，另一部分光从空气中走，且激光笔头稍向玻璃前方倾斜。其实这主要是利用空气中那部分光有一部分斜射向玻璃发生折射而显示光路。

相对于物理光学知识的掌握，我们更应该重视光学实验技能的培养。在各种实验技能中，观察是基石，动手是起点，思维是核心，创新是归宿，在不断的实验思考和过程中，感受物理之美。