三棱镜彩虹现象的观察与研究
五年级上册《认识棱镜》一课,细心的学生发现教材上的这两幅图片有“矛盾”,白光通过三棱镜后,发生光的色散,但“彩虹”的颜色排列顺序不一样:一个是上红下紫,一个是上紫下红。并且在实验过程中有个别组发现,白光通过三棱镜后,产生了两道“彩虹”,一个在桌面上,一个在墙壁上,颜色顺序也刚好相反,这是怎么回事呢?课后和感兴趣的学生一起进行了探究,并把结果分享到全班同学。
首先选择在天气晴好的上午九点半左右,在实验室外的走廊上,调整好三棱镜的角度,确实看到了学生发现的现象。(由于墙壁上的光太亮,所以让学生帮忙举了一块挡光板,使墙壁上的“彩虹”更明显一些。)三棱镜有三个面,要想弄清这两道“彩虹”形成原因,首先要明确光分别是从哪个面进入,那个面出去的。一开始用手遮挡,效果不太好,于是用不透明的黑纸剪成和三棱镜侧面大小一致的纸条,沾水后分别贴在不同侧面上,对比观察现象。
结果发现(为便于描述,背对太阳的为1号面,面对太阳的上侧为2号面,下侧为3号面),当只有1号面被黑纸条遮挡时,两道“彩虹”都消失了,看来,可以肯定的是,这两道彩虹都是从1号面折射出来的。当只有斜上方的2号面被黑纸条遮挡时,地面“彩虹”消失,而墙壁“彩虹”不变,说明地面处红上紫下的“彩虹”,光是从2号面进入的。进一步验证,当只有斜下方的3号面被遮挡时,墙壁“彩虹”消失,而地面“彩虹”重新出现,说明墙壁处紫上红下的“彩虹”,光是从3号面进入的。
结合对比实验的结果,再观察上午太阳的位置和三棱镜的放置角度,我和学生都恍然大悟,原来是因为近似平行的太阳光从三棱镜不同侧面不同角度入射,改变了偏折的方向所导致的后果。黑板上画了简单的示意图,说白了,就好比教材图片中的三棱镜反着放一样的效果。经过这样的研究,学生不仅对光的折射有了更深刻的认识,同时也明白了有些看似复杂的自然现象,也可以用简单的科学原理来解释。