§6.2 研究光的反射与光的折射现象

一、小孔照相机

【实验原理】

由于光在同一种均匀媒质中是沿直线传播的，因此光源 A 发出的光经小孔照射在 A′处，光源 B 发出的光经小孔照射在 B′处。所以针孔所成的像是上下倒置，左右对凋。如图 6－4 所示。

由于针孔小，透过针孔的光比较少，所成的像也很暗淡模糊，必须借助于暗筒的移动，再透过暗筒观察像，找到最清晰大小透当的像。

【制作方法】

材料：羽毛球筒一个、直径略小于羽毛球筒的硬纸筒一个、薄膜一张、黑纸一张、透明胶布少许。

先将羽毛球筒底部去掉，再把羽毛球筒盖中央剪一个半径约 1cm 的洞。把黑纸剪成一个略小于筒盖的一个圆，用胶水贴牢在筒盖上。最后在筒盖正中央开一个直径约 1mm 的小孔。

直径略小于羽毛球筒和硬纸筒应该比羽毛球筒略长一点为好，在筒的一端将薄膜绷紧并固定，然后把绷膜的一端插入羽毛球筒中，盖好筒盖。

【实验方法】

如图 6－5 所示：

将小孔对着室外明亮的物体，前后拉动内筒，像的大小和清晰程度就随着变化。

如果有感光度高的相纸，可以拿着针孔照相机去室外拍摄风景或静物。只是注意：

①针孔照相机最好固定起来；

②曝光前后必须挡住小孔；

③内筒的后端必须封住不能透光。

二、潜望镜

【实验原理】

由于光线在同一均匀媒质中沿直线传播，人们的视野不能拐弯。为了帮助人们观察到不易观察的事物，人们制造了潜望镜。

平面镜可以使光线反射，潜望镜就是用两块以上的平面镜制成。如图 6－6 所示。

物体发出的光线经平面镜 1 反射至平面镜 2，再经平面镜 2 反射进入人的眼中。

人们通过潜望镜观察到的像是一个虚像，但虚像与实物并不发生左右，上下倒置的现象。

做一个潜望镜，它不仅可以使你体会到战场上的潜望观察，还可以帮助你在人群众多的集会上看到大人们踮着脚也看不到的美景！

【制作方法】

材料：两块 10×15(cm²)的平面镜、5 个同样规格的长方框纸盒(例

如装酒瓶的纸盒等等)、透明胶。

把一个纸盒子去掉盖和底，另外四个在靠近底边的地方开一个方孔。取出其中两个，如图 6－7 所示：

在筒内成 45℃角放置两块平面镜，然后用透明胶将两个边固定粘好。最后把 5 个纸盒按图 6－7 拼装起来。

注意把拼装之后的盒子与盒子之间粘牢。一个潜望镜就制成了。

(张启平提供)

三、自制简易日食月食仪

【实验原理】

日食和月食观察是因为阳光的直线传播所形成的。如图 6－8(a)所示：

当月球运转到太阳与地球之间时，月球将挡住照射到地球的一部分光线，把月球的轮廓投影在地球上，形成日食。地球上处在月球本影区域里的人，看到的是日全食(太阳全部被遮住)；地球上处在月球半影区域里的人，看到的则是日偏食(太阳部分被遮住)。

如图 6－8(b)所示。当月球运转到地球反面，太阳、地球、月球处在同一直线上，地球将挡住太阳射向月球的光线，形成月食。整个月球进入地球的本影里叫月全食；如果月球只有一部分被地球的本影遮蔽，就叫做月偏食。

【制作方法】

材料：竖直安装灯泡的台灯一个、乒乓球一只(作为“地球”)、小塑料球一只(体积小于乒乓球，作为“月球”)、医用注射废针头两只、铁皮一小块、铁丝等。

台灯插座上都有一个限门螺圈，根据螺圈的内径，剪一个铁皮圆环，环内径与螺圈内径相同，环宽 1cm 左右。圆环所起的作用主要是限定地球铁丝轨道所用。铁丝轨道一端用钳子接插座螺圈外径大小拧成一个圆圈，安装在插座上并被限位圆环限定，不能上下移动，但可以绕台灯插座中心轴线转动。

地球轨道铁丝在长 45cm 处向上弯曲，最上端用砂轮磨出长 1cm 的细颈，以便能固定月球的轨道铁丝和套入注射针头(针头穿入乒乓球作为“地球”)。月球轨道铁丝一端先砸扁，然后在扁平处钻一个大小合适的孔，使其能恰好套入细颈处。如图 6－9 所示：

月球轨道在长 10cm 处向上弯曲，作为月球的轴心。在端头插入注射针头，针头上穿入小塑料球作为“月球”。

图 6-9

这样，地球和月球系统可以围绕太阳(台灯)运转，地球(乒乓球)可以自转，月球(小塑料球)又可以围绕地球(乒乓球)转动。

【实验方法】

打开台灯开关，用手拨动地球公转轨道与月球公转轨道，观察：1. 太阳、月球、地球在同一直线上时的日食现象；2.太阳、地球、月球在同一直线上时的月食现象。

四、平行光源

【实验原理】

在光学实验中，如光的直线传播，光的反射，光的折射等，都需要用到平行光源。

图 6-10

简易平行光源是根据凸透镜的特点制成的。如图 6－10 所示。从焦点射向凸透镜的光，通过凸透镜后可以变成平行光。

【制作方法】

找一个直径为十几 mm 的玻璃小药瓶尽量选瓶壁略薄，透明度较好的，把瓶子放在清水里，装满水后盖严拿出水面，以防瓶中有气泡。再找一个(2.2～6)V 的小灯泡，灯泡可固定在薄木板上。点亮灯泡后放在亮水药瓶一侧，就有一束扁平光束射出。调节小灯泡的位置和灯丝的方向，可将光路调成很窄细的一条。测量出时灯泡与药瓶的距离，按此长度用薄木板做一个小盒子，小盒子一侧开 3 条细缝，以便于平行光线射出。

如图 6-11 所示：

图 6-11

【实验方法】

点亮灯泡，可做如下实验：

找一块平面镜，观察光的反射；
用一透明圆形玻璃杯装满清水，作为水凸透镜，使平行光会聚。
找一张香烟锡箔纸与一汤勺。把锡箔纸垫在勺内，作为凹镜，观察会聚作用；把锡箔纸包在勺外，作为凸镜，观察发散作用。

五、自制凸凹透镜

【制作方法】

方法一：

找一个“220V、40W”白炽灯泡，把插口端固定，用废布包着灯

泡轻轻两边来回转动，一旦松香粘接处脱落之后，加大转动幅度，直至拧断铜丝，取下灯泡头。

用小起子从内轻轻敲碎玻璃柱，逐渐扩大口子取出碎玻璃和灯丝。将玻璃泡洗干净，放入水中浸满清水取出，用橡皮泥密封灯泡口，再用强力胶将插口端与灯泡头粘接起来，待胶干固后即可使用。

把插座固定在木板上，再把水凸透镜插入插座，既稳定，又可随处移动，十分方便。

方法二：

找一个透明的，圆柱形的药瓶，洗净后装上水，注意不要把水装满，盖上盖后就留有一个小气泡。如图 6-12 所示：

图 6-12

把药瓶水平放置，通过水柱看书上的字，字是放大的；通过气泡看字，字是缩小的，这是只简易凸、凹两用透镜。

方法三：

在寒冷的冬天，可以自制冰凸透镜与冰凹透镜。

将洁净的水放在球形容器中结冰后取出，稍加整形成了凸透镜。还可以用天然冰块加工，把一方形冰块削成凸透镜。把冰块放在球形金属容器中稍加热，待其熔化后取出，冰块的一面已成球面状，再翻动冰块，给另一面整形，直至成为凸透镜形状。

制作冰凹透镜的方法是：把一方形冰块放在旧棉絮上，用一圆形金属汤勺在炉上加热，然后将凸起的一面放在冰块上，待汤勺冷却后再次加热，重复上述过程，数次之后就可成一凹球面，翻过来用同样的方法加工另一面，注意制作过程中不要把最薄处弄穿，整形后就成了一块冰凹透镜。

六、自制简易显微镜

【实验原理】

显微镜成像原理是：被观察的物体放在物镜的焦点外距焦点不远处，经过物镜形成一个放大的实像，这个实像在目镜的焦点之内，经过目镜的再次放大成为虚像。如图 6-13 所示。

由于从显微镜中看到的像是经过物镜与目镜两次放大后形成的，所以显微镜的放大倍数是物镜和目镜放大倍数的乘积。

【制作方法】

材料：废旧 2.2V 聚光灯泡一个、放大镜一只、小平面镜一块、薄玻璃一块、铁丝若干、木板两块、纸盒一个、医用青霉素瓶一只、玻璃球一颗、医用螺旋夹一个、铁皮若干、小木螺钉若干、强力胶等。

做显微镜筒

显微镜的物镜与目镜是关键部件，物镜必须焦距短，目镜必须焦距长，这样才能保证物镜所成的实像在目镜的焦点之内，目镜可以选用放大倍数(5～20)倍的放大镜，物镜最好由自己制作。

物镜可由报废的 2.2V 聚光灯泡前面的聚光透镜(即凸透镜)制成。将小灯泡灯丝附近的玻璃砸碎，小心取下聚光透镜。透镜旁边不必要的玻璃可用钳子捏碎(注意不可弄坏了透镜)，用一厚纸片把它夹住，使其不易脱落。

用一张硬纸盒做一个活动镜筒。具体做法是：先卷一个小纸筒，一端不封口，一端将物镜(聚光灯泡透镜)所附的厚纸封口，封口时将透镜粘在小筒轴心处。另卷一个大纸筒，大纸筒比小纸筒略粗一点，能在小纸筒上恰好抽动，大纸筒一端不封口，另一端用厚纸片夹住目镜(放大镜) 封口，同样目镜也要固定在筒中央。

镜筒的长度由物镜和目镜决定，一般说来，当物镜确定之后，目镜焦距越长则镜筒越长，反之则越短。

载物台的制作

用铁丝弯曲成如图 6-14 所示的形状。夹住薄玻璃板(作为载玻片)并固定在支架上。

万向采光镜的制作

将小平面镜(2.5×2.5(cm)²)镜面向下放置，用强力胶把玻璃球粘在其背面，待胶干后，把玻璃球放在青霉素药瓶的瓶口上。由于这种采光

镜既简单，又灵活方便，很容易调节它将各个方向的来光反射后照亮载物台，故可称为万向采光镜。

支架制作并组装

按图 6-14 所示把木板钉成支架。载物台的铁丝和铁皮用小木螺钉固定在支架上，固定显微镜筒的铁丝也用铁皮和木螺钉限位，使其能上下移动又不致太松垮。用一只医用螺旋夹把一根固定不动的铁丝与显微镜筒的铁丝夹在一起，使显微镜筒一旦调节到某一高度后即可定位。制作完毕后，显微镜筒能上下移动，调节镜筒与载物台的距离；抽动目镜筒，可以调节物镜与目镜的距离；万向采光镜可以向各个方向采光，整个装置十分灵活方便。

【实验方法】

把一根头发放在载物台上，用采光镜照亮它，上下移动镜筒，使物镜靠近头发，再调节目镜，你会看到这根头发非常粗，因为你只能观察到这根头发的一部分。

同样的方法来观察水滴，你将会看到水中的微光变得十分明亮，十分清楚。

七、自制水三棱镜

【制作方法】

材料：5×16(cm²)的透明的薄玻璃三块、边长 5cm 的等边三角形玻璃两块、强力胶等。

在砂轮上把每块大玻璃边缘打磨，如图 6-15(a)所示，将每个角磨成30℃。

打磨时用布包住玻璃手持处，以免划伤手。

把打磨后的三块玻璃合起来进行粘接，注意粘接时不要把胶水涂在平面玻璃上，以免影响三棱镜的透明度。粘接后用橡皮筋捆好加固，使用粘胶把一端用三角玻璃封口，封口后把三棱镜竖直放置，使其粘胶干固。

胶干后，把三棱镜内清洗干净，然后浸入洁净的清水中装满水，另一块边缘涂了粘胶的三角玻璃放入水中封口盖严后，再拿出水面，擦净粘接处周围的水，加压在三角玻璃上使其干涸。

【实验方法】

用水三棱镜迎着射进室内的阳光，可以在室内观察到多彩的色光，这就是光的色散现象。