“汽車中的光學(xué)知識應(yīng)用”實(shí)踐活動案例

一、活動背景

在學(xué)習(xí)了八年級物理上冊第四章《光現(xiàn)象》后，我們知道了光學(xué)知識被廣泛地應(yīng)用于汽車制造中。因此，我們物理興趣小組的成員決定根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，對這些應(yīng)用進(jìn)行實(shí)踐探究，從而更進(jìn)一步地了解和掌握光學(xué)知識的應(yīng)用原理。

二、活動設(shè)想

1.通過實(shí)驗(yàn)和所學(xué)光學(xué)知識，解決三個問題：

問題一：汽車駕駛室外面的觀后鏡為什么要用凸面鏡？

問題二：汽車頭燈里的裝置是一個凹面鏡，應(yīng)用的光學(xué)知識是什么？

問題三：小轎車的前擋風(fēng)玻璃為什么要傾斜安裝？公交車或大型貨車的前擋風(fēng)玻璃為什么是豎直安裝的？

2.通過查閱資料，了解一些自己不知道的光學(xué)知識在汽車中的應(yīng)用，以拓展知識面，主要有如下兩個問題：

問題四：汽車頭燈為什么總要使用帶有橫豎條紋的玻璃燈罩？

問題五：為什么汽車的霧燈和轉(zhuǎn)向燈都使用黃色燈光，而剎車燈和夜行示廓燈都采用紅色燈光？

3.把活動過程和結(jié)論制作成PPT課件，在課堂上展示給同學(xué)們，和同班同學(xué)分享我們的實(shí)踐成果，共同鞏固知識，共同進(jìn)步！

三、準(zhǔn)備活動

1.制定活動計(jì)劃，明確個人分工。

2.找物理老師借實(shí)踐活動所需的光學(xué)器材（凸面鏡、凹面鏡、茶色玻璃板、蠟燭、火柴、光源），準(zhǔn)備作圖工具和白紙。

3.查閱資料。（可利用學(xué)校圖書館、因特網(wǎng)等資源，還可以向物理老師請教）

四、活動步驟實(shí)施

1.進(jìn)行各個問題的實(shí)驗(yàn)、探究、查閱、總結(jié)。

問題一：汽車駕駛室外面的觀后鏡為什么要用凸面鏡？

（1）實(shí)驗(yàn)觀察：我們找到一面凸面鏡和一面平面鏡，觀察對比后發(fā)現(xiàn)：物體通過凸面鏡所成的像是正立、縮小的，而通過平面鏡所成的像是正立、等大的；凸面鏡的視野范圍要比平面鏡的更大。

（2）作光路圖：根據(jù)所學(xué)的光的反射定律知識，我們作出了凸面鏡的光路圖（如圖1）。

（3）總結(jié)結(jié)論：凸面鏡對光有發(fā)散作用，根據(jù)“在反射現(xiàn)象中，光路可逆”的知識，來自更大范圍景物的光能進(jìn)入司機(jī)的眼睛，使司機(jī)看到的范圍更大，從而保證行車的安全。

圖1

問題二：汽車頭燈里的裝置是一個凹面鏡，應(yīng)用的光學(xué)知識是什么？

（1）首先我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，利用“強(qiáng)光源”發(fā)出平行光束，照射到凹面鏡上，發(fā)現(xiàn)凹面鏡將平行光會聚到了一點(diǎn)。

（2）我們作出了凹面鏡對光的作用的光路圖（如圖2）。凹面鏡對光有會聚作用：平行光入射到凹面鏡表面，經(jīng)凹面鏡反射后會聚到一點(diǎn)，這個點(diǎn)就是焦點(diǎn)。

（3）我們又作出了汽車頭燈反光示意圖（如圖3），發(fā)現(xiàn)汽車頭燈的反光裝置——凹面鏡能把放在其焦點(diǎn)上的光源發(fā)出的光反射成為平行光射出。

（4）總結(jié)結(jié)論：汽車頭燈的反光裝置應(yīng)用到的光學(xué)知識是：在反射現(xiàn)象中，光路可逆。

問題三：小轎車的前擋風(fēng)玻璃為什么要傾斜安裝？公交車或大型貨車的前擋風(fēng)玻璃為什么是豎直安裝的？

圖2

圖3

首先，我們在物理老師的指導(dǎo)下重新做了“平面鏡成像實(shí)驗(yàn)”（如圖4），在甲步驟的基礎(chǔ)上，又增加了乙和丙兩個步驟，發(fā)現(xiàn)如果玻璃板豎直放置，蠟燭的像會成在玻璃板的正前方，而如果玻璃板傾斜放置，則蠟燭的像會成在玻璃板的斜上方或斜下方。于是，我們馬上得出了答案：小汽車的前擋風(fēng)玻璃相當(dāng)于平面鏡，平面鏡成像的特點(diǎn)之一——像與物關(guān)于鏡面對稱；如果豎直安裝，車內(nèi)物品及人的像會成在正前方，干擾司機(jī)觀察路況，而傾斜安裝就可以使像成在斜上方，不干擾司機(jī)觀察路況。（物理老師告訴我們，小汽車前擋風(fēng)玻璃傾斜安裝除了有為了行車安全的光學(xué)知識外，還包含減小風(fēng)阻的力學(xué)知識）

當(dāng)夜間行車時，后面車輛射來的光，照射到前擋風(fēng)玻璃后，會斜向下反射；當(dāng)車內(nèi)景物被照亮?xí)r，通過前擋風(fēng)玻璃所成的像在駕駛員前面的斜上方，駕駛員不會因?yàn)榉瓷涔舛艿礁蓴_，從而保證了行車的安全。

大型貨車或公交車前擋風(fēng)玻璃不太傾斜，因?yàn)檐噧?nèi)物體的像雖然成在司機(jī)的正前方，但是大型貨車或公交車駕駛室比較高，司機(jī)看前方道路時要俯視，物體的像幾乎不會影響司機(jī)的視線。

問題四：汽車頭燈為什么總要使用帶有橫豎條紋的玻璃燈罩？

通過上網(wǎng)查閱資料，我們知道了汽車頭燈由燈泡、反射鏡和燈前玻璃罩組成。根據(jù)透鏡和棱鏡的知識可知，汽車頭燈玻璃罩相當(dāng)于一個透鏡和棱鏡的組合體。在夜晚行車時，司機(jī)不僅要看清前方路面的情況，還要看清路邊行人、路標(biāo)和岔路口等。透鏡和棱鏡對光線有折射作用，所以燈罩通過折射，根據(jù)實(shí)際需要將光分散到需要的方向上，使光均勻柔和地照亮汽車前進(jìn)的道路和路邊的景物，同時這種散光燈罩還能使一部分光微向上折射，以便照明路標(biāo)和里程碑，從而確保行車安全。（如圖5）

圖4

圖5

問題五：為什么汽車的霧燈和轉(zhuǎn)向燈都使用黃色燈光，而剎車燈和夜行示廓燈都采用紅色燈光？

我們小組成員通過在學(xué)校圖書館檢索查閱資料，解決了心中的疑問，原理是這樣的：汽車的霧燈、轉(zhuǎn)向燈的燈光一般都采用黃色的，主要是因?yàn)辄S色的光穿透力最強(qiáng)；汽車的剎車燈和夜行示廓燈的燈光都采用紅色的，主要是因?yàn)槿搜蹖t色最敏感。

2.制作PPT 課件，向同學(xué)們展示實(shí)踐活動的成果，達(dá)到知識的共享。

五、活動總結(jié)及反思

本次綜合實(shí)踐活動，使我們小組的每個成員都受益匪淺，從活動的計(jì)劃、準(zhǔn)備到實(shí)施、制作PPT、展示，每一個環(huán)節(jié)都有我們的努力和付出，極大地培養(yǎng)了我們的觀察能力、分析和解決問題的能力、動手能力及合作能力。

但受到一些外部條件和中學(xué)生認(rèn)知的局限，有些問題的解決只是限于查閱資料，并沒有做細(xì)致的實(shí)驗(yàn)和求證，會有些遺憾。不過，我們相信在未來的歲月里，隨著我們認(rèn)知水平及各方面條件的提升，我們一定會在實(shí)踐的道路上越走越遠(yuǎn)、越做越好！