【分析】
这道题围绕光的折射特点探究实验展开,解题思路如下:
1. 第一小问:首先明确初中物理实验多次测量的两类目的,本实验是探究规律类实验,因此多次改变入射角是为了得到普遍规律,排除单次实验的偶然性;分析表格的入射、折射角数据,对比即可得到折射角和入射角的大小关系;再利用光路可逆的特点,反向推导对应的折射角数值。
2. 第二小问:结合光的折射规律,当水面高度变化时,入射点位置改变,且入射角不变时折射角也不变,折射光线彼此平行,据此分析光斑移动方向对应的水面变化,再通过几何关系对比水面变化量和光斑移动距离的大小。
3. 第三小问:利用光路可逆和折射光线与入射光线的平行关系(薄壁厚度可忽略,两次折射后光线平行),判断入射点所在区域和入射光线的方向。
【解析】
(1)本实验是探究光的折射的普遍规律,多次改变入射角进行实验,是为了通过多组数据排除实验的偶然性,得到具有普遍性的规律;分析表格数据可以发现,光从空气斜射入水中时,折射角始终小于入射角,且折射角随入射角的增大而增大;根据光路可逆原理,当光从空气以45°入射角射入水中时,对应的折射角为32°,因此当光以32°的入射角从水中射入空气中时,对应的折射角为45°。
(2)水槽中注入水后,光从空气斜射入水中发生折射,折射角小于入射角。要让侧壁上的光斑从B移动到位置更靠下的C,需要让入射点沿入射光方向向左侧移动,因此需要增加水槽中的水面高度;由于折射光线是斜向竖直侧壁的,由几何关系可知,竖直方向上水面的升高量,大于沿侧壁方向的B、C两点的距离。
(3)要让光束最终沿DE方向射出水面,结合光的折射规律和光路可逆特点,光从水中斜射入空气时折射角大于入射角,因此激光笔照射水槽底部的位置必须在②区域内;由于水槽薄壁厚度可忽略,光线经过两次折射后出射光线与入射光线平行,因此激光笔射出的入射光的方向应与DE方向平行。
【答案】
(1)多次实验排除偶然性;光从空气斜射入水中,折射角小于入射角(合理即可);45
(2)增加;大于
(3)②;与DE方向平行
【知识点】
光的折射规律
光路可逆原理
多次实验的目的
【点评】
本题是光的折射实验的综合应用题,既考查了基础实验操作目的、规律总结,又结合几何场景考查了光斑移动的动态分析,对学生的规律应用能力要求较高,其中水面变化量和光斑移动距离的大小对比是易错点。
【难度系数】
0.5