光的认识与实践

摘要：1　通过对光的发展史的认知过程，知道一种观点的提出必须有实验作为基础。2　掌握提出假设、实验验证、完善理论的科学研究的一般方法。3　了解光学知识在物理、生物、化学等学科中的应用，通过实验探索，学会对一些光学现象进行分析、解释，培养学生的创新意识和能力。4　学会用对立与统一的哲学观点分析问题。

关键词：高中物理；光的认识与实践

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-3315(2010)2-013-002

1、活动方案设计参考

1.1　主要内容

本项活动与高中物理“光的反射和折射”、“光的本性”两章，高中生物“光合作用”、“环境对生物的影响”等内容相辅相成。

1.2　主要活动方式

阅读、查找资料、实验、调查、讨论和撰写论文。

1.3　大致活动时间

查找资料1课时，实验探索1课时，调查l课时，汇报、交流1课时，计4课时。

1.4　课前准备

复习高中物理、生物等相关内容。

1.5　课后延伸

对光在引力场中发生弯曲的知识来源和发现过程进行探索；了解光谱分析法发现的化学元素；光在军事、医疗领域的应用。

2、综合能力训练活动

2.1　光本质的思考

2.1.1　阅读、查找资料后填空

17世纪后期。关于光的本质有两种对立的看法。一种是以牛顿为首的微粒说，另一种是以惠更斯为首的波动说。牛顿的微粒说在解释_______________ _________________等现象时获得了成功，但也存在很大困难。1678年惠更斯在法国科学院发表讲演反对牛顿为代表的光的微粒学说。他认为，如果光是微粒性的，光在交叉时就会发生_________，使____________发生改变。可是当时人们并未观察到这种现象。但是由于当时牛顿在科学界的巨大声望，再加上惠更斯错误的认为光和声波一样都是纵波，使波动说无法解释只有横波才能有的偏振现象和双折射现象，导致18世纪光的波动说被放弃。

到了19世纪初，由于托马斯·扬成功地设计了____________，为光的波动说奠定了基础。

2.1.2　阅读查找资料，回答问题

在1801年，托马斯·杨就这样声称：“尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的。我遗憾地看到，他也会弄错，而他的权威也许有时甚至阻碍了科学的进步。”

你认为托马斯·杨说这段话的依据是什么?这种藐视权威的精神是否有利于科学进步?

19世纪光的波动理论开始占了统治地位，特别是麦克斯韦光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步。法拉第在研究电磁现象的过程中，凭借他丰富的想象力和敏锐的洞察力，提出了非常深刻的“力线”和“场”的思想。但是由于他的数学水平不高，无法把他的理论提高为精确的定量理论。而麦克斯韦凭借他高超的数学才能完善了电磁场理论，建立了一组描述电磁场运动规律的方程。更妙的是麦克斯韦用自己的方程推出了电磁波的速度正好等于光速，这就证明了光是一种电磁波。

法拉第是实验大师，麦克斯韦是数学天才，物理与数学的综合才造就了电磁学的高楼大厦。你是怎样学好数学为理、化、生打好基础的?麦克斯韦导出的电磁波在真空中传播的速度等于多少?是谁第一个较精密地测出了光速?

2.1.3　阅读、填空、设计实验并回答问题

在19世纪和20世纪之交，还在赫兹用实验证实光的电磁说的时候，就已经发现了后来叫做光电效应的现象，这个现象使_______遇到了无法克服的困难。

请设计光电效应实验，进行操作演示。

为什么光的波动理论不能解释该实验?困难在那里?爱因斯坦提出了——的理论，很好地解释了光电效应现象。这就揭示了光具有——性。你认为光子说与波动说是否矛盾，怎样用哲学中对立统一的观点去解释?

1913年德布罗意毕业于巴黎大学文理院。获得文学学士和硕士学位。他的哥哥莫里斯是位物理学家，德布罗意在哥哥的影响和帮助下，渐渐地对物理发生了兴趣。1923年，他经过充分的酝酿，用类比的方法提出了大胆的设想：光既然有波粒二象性，那么实物粒子也应该具有这一特性，并且导出了波的计算公式。1925年，德布罗意的设想得到验证，戴维逊和革末在实验室得到了电子衍射的照片。德布罗意因此获得了1929年的诺贝尔物理学奖。

物理学中有不少的发现和实验都是用类比的方法得到的，你能举例说明吗?

2.2　实验探索

2.2.1　取一空心光亮不锈钢小球，用电钻钻两只小孔(在不锈钢装潢门市部可加工)。用一铜丝紧紧穿进一只小孔。将蜡烛点燃，抓住铜丝将钢球全部熏黑，然后将钢球全部浸没在烧杯中的清水中。请问你观察到了什么现象?怎样解释?

2.2.2　用市场销售的激光电筒制作一光学仪器，要求能用该仪器定量验证光的反射定律和折射定律。

2.2.3　用—些水生小动物如鱼、水草等设计—个生态球灯具。

2.2.4　查阅资料并设计一个实验研究光照对动物繁殖活动的影响，如研究怎样提高家鸡的产蛋率。

2.3　调查和研究——城市光污染的产生与解决

过强的光和杂乱无章的光等叫做光污染，请调查自己所在的城市或居住地的光污染情况，并提出解决方案。

2.4　讨论、交流和答辩

分小组进行交流、讨论，并推选出最佳人员参加大组的交流、答辩。

3、综合能力自我测试

3.1　光谱分析是怎样帮助化学家发现新元素的?

3.2　光在引力场中会发生偏移吗?是谁提出了理论?是怎样得到验证的?

3.3　《京都议定书》是1997年在日本京都召开的联合国《气候变化框架公约》缔约方第3次大会上通过的旨在限制各国温室气体排放量的协议。议定书规定，在2008-2012年期间，38个主要工业国的二氧化碳等6种温室气体排放量需在1990年的基础上平均削减5.2％，其中美国削减7％，欧盟8％，日本和加拿大分别削减6％。2009年11月在荷兰举行的公约缔约方第6次大会因欧美无法就履行议定书问题达成一致而被迫中断。大会定于2010年7月在德国波恩复会，4月21日的环境部长非正式会议是一次筹备会议。试论述《京都议定书》实施的意义。

参考答案：三(二)、1　当把熏黑的小球放入清水中，会发现小球比原来还要光亮。因为钢球上的碳粒对水来说是一种不润浸物质，这样在水和碳粒之间形成薄薄的空气层。光线由水射到空气层上发生了全反射现象，因此出现了黑黑的小球进入水中变得光亮的奇妙现象。此外，小孔中还会向外冒出小亮球，这是因为水进入小孔将空气挤出形成小气泡。光由水中射到气泡上也发生了全反射。相关资料

1、光合作用的意义

从根本上说，生物所需要的能量几乎都来自太阳光。但是，除了绿色植物以外，其他绝大多数生物都不能直接利用光能，而

只能利用储存在有机物中的由光能转变成的化学能。光能怎样才能转变成化学能呢?这就要通过光合作用。

植物通过光合作用制造有机物的规模是非常巨大的。据估计整个自然界每年大约形成四、五亿千吨有机物，大大超过了地球上每年工业产品的生产量。所以，人们把地球上的绿色植物比作庞大的“绿色工厂”。绿色植物的生存离不开光合作用制造的有机物，人类和动物的食物也都直接或间接地来自光合作用所制造地有机物。

据估计，全世界生物的呼吸和燃料的燃烧所消耗的氧气量每秒钟为1万吨。以这样的速度来计算，大气中的氧气在3000年左右就会用完。而绿色植物广泛地分布在地球上，不断地进行着光合作用，吸收二氧化碳和放出氧气，也使得大气中的氧气和二氧化碳的含量基本上保持稳定。因此，绿色植物可以称为“自动的空气净化器”。

2、光对生物的影响

没有阳光，植物就不能光合作用，也就不能生存下去。因此．阳光对植物的生理和分布起着决定性的作用。在陆地上，有些植物只有在强光下才能生长得好，如松、杉、柳、槐、小麦、玉米等。在小麦灌浆时期，阴雨连绵的天气就会造成小麦减产。有些植物只有在密林下层的阴暗处才能生长得好，如药用植物人参、三七等。在海洋里，随着深度的增加，光线逐渐减弱，所分布的植物种类也有差别。有人对某个海湾进行调查时发现，在浅水处生长了很多绿藻，稍深处则有很多褐藻，再深一些的水中则生长了很多红藻。阳光能够到达的极限为海面以下200米，因此，在200米以下的水域里，植物就难以生存了。另外，日照时间的长短对植物的开花时期也有影响。有些植物的开花需要较长时间的日照，这些植物只在春末夏初开花，如苜蓿、鸢尾、菠菜等；有些植物的开花需要较短时间的日照，这些植物在秋季开花，如菊科的植物。还有些植物对日照时间的长短要求并不严格，可以在不同的季节开花。

阳光对动物的影响也很明显。阳光能够影响动物的体色。例如，鱼的身体的背面颜色较深，腹面却是白色，这就跟阳光的影响有关系。阳光能影响动物的视觉。有些动物在夜间几乎什么都看不见，如鸡等。有些动物在夜间有很好的视力，如猫头鹰等。日照时间的长短对动物的繁殖活动有影响。鳟鱼常在12月产卵，这是因为它的生殖器官要在短日照的刺激下才能成熟。阳光还能影响动物的生长发育。有人曾经做过这样的试验：把蚜虫培养在连续光照或连续无光照的条件下，产生的个体大多没有翅；把蚜虫培养在光暗交替的条件下，产生的个体大多有翅。在生活习性上，有些动物具有趋光性，如蛾类等。蛾类昆虫对紫外线很敏感，因此，人们常在夜间用黑光灯来诱杀这类农业害虫。