【分析】
本题围绕自定义物理量“偏折比”(折射角与入射角的比值),结合光的折射规律展开探究。解题时需紧扣光的折射定律,结合实验现象、控制变量法及光路可逆性分析各问题:
1. 加水时,入射光线入射角不变,液面升高使入射点右移,折射角不变,据此判断光斑移动方向;偏折比由折射角和入射角决定,与液体深度无关,可判断猜想1。
2. 探究猜想2时,控制入射条件相同,换油后深度更小但光斑重合,说明油的折射角更小,可比较偏折比大小。
3. 探究猜想3时,根据光斑位置判断折射角大小,进而比较红、蓝光的偏折比。
4. 玻璃砖问题利用光路可逆性,结合上表面偏折比推导下表面偏折比。
5. 分析表格数据,总结偏折比与入射角、折射程度的关系,明确小华定义偏折比的优点。
【解析】
(1) 加水过程中,入射光线的入射角不变,液面上升导致入射点向右移动,根据光的折射规律,折射角不变,因此杯底光斑向右移动。偏折比是折射角与入射角的比值,液体深度改变时,入射角和折射角均不变,故偏折比与液体深度无关,猜想1错误。
(2) 探究猜想2时,入射条件相同,油的深度小于水的深度但光斑位置重合,说明油中光线的折射角更小,因此油对光的偏折比(折射角/入射角)比水小。
(3) 偏折比越大,折射角越大,光斑越靠右;由图丙可知红光的光斑更靠右,故红光的偏折比大。
(4) 玻璃砖上表面,光从空气射入玻璃,偏折比=玻璃中折射角/空气中入射角=0.8;下表面光从玻璃射入空气,根据光路可逆,下表面入射角等于上表面折射角,下表面折射角等于上表面入射角,因此下表面偏折比=空气中入射角/玻璃中折射角=1/0.8=1.25。
(5) 分析表格数据,不同入射角下偏折比不同,故偏折比不相等;相同入射角时,偏折比越大,折射角越大,介质对光的折射程度越高;小华定义的偏折比是空气中夹角与介质中夹角的比值,无论光从空气到介质还是介质到空气,比值恒定,更具普遍性。
【答案】
(1)右;错误;液体深度改变,入射角、折射角的大小不变,偏折比不变
(2)小
(3)红
(4)1.25
(5)不相等;高;光无论从介质射向空气还是从空气射向介质,比值是一定的
【知识点】
光的折射规律;控制变量法;光路可逆原理
【点评】
本题以“偏折比”的定义为核心,结合实验探究考查光的折射规律的应用,要求学生理解自定义物理量的含义,能结合实验现象和数据推理分析,体现了物理探究的核心思想,是光的折射知识的拓展应用。
【难度系数】
0.5