一道中考物理试题引发的思考

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  2005年辽宁省大连市中考试题,第20题:
  物理老师在实验室用某种方法在长方形玻璃缸内配制了一些白糖水。两天后,同学们来到实验室上课,一位同学用激光笔从玻璃缸的外侧将光线斜向上射人白糖水,发现了一个奇特的现象:白糖水中的光路不是直线,而是一条向下弯曲的曲线,如图所示。
  关于对这个现象的解释,同学们提出了以下猜想,其中能合理解释该现象的猜想是( )
  A 玻璃缸的折射作用
  B 激光笔发出的光线不绝对平行
  c 白糖水的密度不是均匀的,越深密度越大
  D 激光笔发出的各种颜色的光发生了色散
  思考一:根据特点规律用排除法解答
  单项选择题在各类考试中已成为一种主要的题型,要求学生选出正确的选项,不要求写出解题过程,能够快速的找出正确的答案是每一个同学的希望。选择题有许多特殊的解法,“排除法”是其中一种特殊的方法,它的特点是运用题中的隐含条件,或已有的概念,性质,对选择项中诱误项进行逐个排除,最终达到选出正确答案的目的。A项中玻璃缸的折射作用只能作用在玻璃缸壁附近,不会作用于白糖水中;B项中激光笔发出的光线应是绝对平行的,激光不平行时光线应逐渐散开变粗;D项中的色散是指将一束白光色散成七束不同颜色的光,与题中的现象没有关系,所以A、B、D三项都是不合理的。本题答案为c。
  
  思考二:探究性实验问题的推理与猜想
  本题是一道探究性实验问题,让我们根据已有的知识,结合实验现象,进行合理的推理与猜想。这种类型的题目,是近几年来中考试题的热点问题,也是中考试题发展的一个趋向。题中光线在白糖水中的光路为一条曲线,这是为什么呢?我们知道光在同种均匀的介质中是沿直线传播的,本题中的介质(白糖水)虽然是同种介质,但光并没有沿直线传播,这说明这杯白糖水的密度并不是均匀的,所以本题中c项的猜想可能是合理的,
  思考三:光线在不均介质中是怎样传播的?
  我们知道光在同种均匀的介质中是沿直线传播的,当光从一种介质斜射人另一种介质时,会产生折射现象。光从玻璃斜射入水中时折射光线偏离法线,即折射角大于入射角。光从水中斜射人空气时折射光线也会偏离法线。光路可描述如下图,此时光线呈折线。当介质的密度连续变化时光线即呈曲线。
  思考四:折射率与密度的关系
  产生折射现象的原因可以解释为两种介质的折射率不同形成的。玻璃的折射率大于水的折射率,而水的的折射率又大于空气的折射率。介质折射率和介质的密度没有必然的联系。但大多数介质的折射率与密度成正相关的关系,也就是密度越大,折射率越大。对于不同介质两者并没有必然联系。譬如酒精的折射率大于水,但密度却小于水。
  思考五:静置两天的白糖水(蔗糖溶液)会发生什么变化?
  密度均匀的溶液不管静置多久,既不会分层,也不会沉淀。本题配制后,静置时间长达两天的白糖水的密度会呈现不均匀状态!这又是为什么呢?
  思考六:怎样配制密度不均匀白糖水?
  
  在透明储水池内注人大约1/2清水,倒入足量的的白糖,搅拌使之充分溶解变成饱和蔗糖溶液,然后在白糖水面上铺一层塑料薄膜,沿器壁轻轻地在薄膜上注入清水,待水面平稳后,从侧面缓慢抽去薄膜,可看到饱和蔗糖溶液与清水的分界面;静置两天左右,通过扩散以便形成清水和白糖水的过渡层,即可得到密度不均匀的白糖水!(这就是本题中物理老师用的“某种方法”)
  思考七:能否人工模拟海市蜃楼
  海市蜃楼是一种特殊的折射现象,它是光线在垂直方向密度不同的大气层中传播,经过折射造成的结果。当太阳光照射到海面时,海水表面蒸发时要消耗热量同时海水温度的升高缓慢,致使下层的温度变得很低,高空气温相对很高。空气密度会随高度(气温)迅速减小,光线在这种气温随高度升高因而使空气密度随高度锐减的气层中传播,会向下屈折,远方地平线处的楼宇等的光线经折射进入观测者眼帘,根据此原理,可自制海市蜃楼演示仪。利用人工配制的折射率连续变化的介质,演示光在非均匀媒质中传播时,光线弯曲的现象以及模拟自然界昙花一现的海市蜃楼景观,使人能较长时间观察与研究这种现象。
  总之,这道看似很普通的中考题,蕴含着十分丰富的内容。解选择题的“排除法”,探究性实验题的推理与猜想;光在连续不均介质中沿曲线传播,折射率与密度的不确定关系,溶液的稳定性、扩散现象;海市蜃楼成因与模拟,配制密度不均匀溶液的特殊方法等等。每次与不同的学生研讨时,都会引起轩然大波,最终令人茅塞顿开!显示出本题极大的创造力和长久的生命力。
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