于勝義

摘 要：隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高中物理教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度越來越高。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式常常有：教師以講代做、以畫圖代做、以多媒體動(dòng)畫視頻或錄像代做等。高中物理教學(xué)中配有使用寬度可調(diào)節(jié)的單縫進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生對(duì)縫的寬度與衍射現(xiàn)象有感性的認(rèn)識(shí)；并在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生使用鏡子制作單縫進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步觀察衍射現(xiàn)象。講述兩種自制器材做光的衍射實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高中物理；光學(xué)；實(shí)驗(yàn)；衍射；自制器材

光的衍射實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該由實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與課堂教學(xué)相結(jié)合的方式幫助學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)光的波動(dòng)性。

通過觀察現(xiàn)象、進(jìn)行演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以對(duì)物理事實(shí)獲得具體、明確的認(rèn)識(shí)，這是理解概念和規(guī)律的基礎(chǔ)。觀察、實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生觀察和實(shí)驗(yàn)的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣具有極為重要的作用。因此，要大力加強(qiáng)光的干涉衍射的演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于衍射實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中配有使用寬度可調(diào)節(jié)的單縫進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生對(duì)縫的寬度與衍射現(xiàn)象有感性的認(rèn)識(shí)；并在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生使用鏡子制作單縫進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步觀察衍射現(xiàn)象。對(duì)光的衍射，學(xué)生需要通過觀察光的衍射現(xiàn)象，知道什么是光的衍射及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，能用衍射知識(shí)對(duì)生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析

一、用手電筒或蠟燭做光的衍射實(shí)驗(yàn)

上面的實(shí)驗(yàn)都要使用激光做單縫或雙縫實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生一般沒有激光筆，只能由教師在課堂上做演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生如果沒有激光筆不能做實(shí)驗(yàn)。為此，不用激光做此實(shí)驗(yàn)也可以成功觀察到衍射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

1.實(shí)驗(yàn)裝置

如圖1所示。

2.實(shí)驗(yàn)器材

蠟燭、紙、鉛筆、橡皮筋。

3.實(shí)驗(yàn)過程

將兩只圓柱形的新鉛筆并齊，兩頭用橡皮筋匝緊（用兩手捏著也行），在鉛筆兩端夾上疊好的紙條，夾入不同層數(shù)的紙條，可以在兩鉛筆中間形成不同寬度的狹縫，一般紙的厚度為0.07 mm左右，夾入7層厚的紙條，便可得到一條約0.5 mm的狹縫。

眼睛緊貼狹縫，且讓狹縫與蠟燭光上下保持平行，在離蠟燭約1 m遠(yuǎn)處觀察，便可以看到清晰而明亮的彩色條紋（主要為黃光），跟課本上白光的衍射圖樣相似，實(shí)驗(yàn)效果較好。

4.實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)與注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：用蠟燭做光的衍射實(shí)驗(yàn)，取材便利，操作簡(jiǎn)單；在鉛筆間夾紙的方法能觀察不同寬度的狹縫，更換方便。

注意事項(xiàng)：使用蠟燭作光源實(shí)驗(yàn)效果沒有激光好，但同樣可以觀察到衍射現(xiàn)象。這需要學(xué)生更為耐心地觀察，在教室里較暗的時(shí)候效果更佳。

二、泊松亮斑

用一束平行的單色光，照射一片不透明的圓板，圓板后面會(huì)出現(xiàn)陰影。當(dāng)圓板的直徑縮小到一定程度時(shí)，陰影變成一圈圈明暗相間的條紋，有趣的是不透明的圓板陰影中心卻是一個(gè)亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”實(shí)驗(yàn)?！安此闪涟摺睂?shí)驗(yàn)有力地證明了光的波動(dòng)理論，可極大地激發(fā)學(xué)生的好奇心，對(duì)學(xué)生理解光的波動(dòng)理論和激發(fā)興趣起著相當(dāng)重要的作用。目前，完成本實(shí)驗(yàn)中學(xué)還沒有配套的設(shè)備，所以，我們?cè)谶@里使用身邊能找到的器材做此實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)裝置

如圖2所示。

2.實(shí)驗(yàn)器材

凹透鏡（或近視眼鏡片）、小鋼珠、激光筆、磁鐵、鐵絲、屏。

3.實(shí)驗(yàn)過程

如果使用圓板做本實(shí)驗(yàn)，需要條件是被照射的圓板直徑要相當(dāng)小，且表面相當(dāng)光滑才行，否則不可能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，而直徑太小又不容易夾持和固定，這些都是實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。制作邊緣光滑的圓盤非常困難，所以在此處使用鋼珠代替，鋼珠表面十分光滑，非常適合做此實(shí)驗(yàn)。

被照物用直徑較小的鋼珠（自行車腳踏內(nèi)的鋼珠），把鋼絲夾持到鐵架臺(tái)上。為固定鋼珠，本實(shí)驗(yàn)使用鋼絲吸引磁鐵，再使用鋼絲吸引住鋼珠。

這時(shí)，用激光筆光束透過凹透鏡或眼鏡片，使光束發(fā)散，易使光束大于鋼珠直徑，離鋼珠2米左右照射鋼珠。只要光束能正照鋼珠，適當(dāng)調(diào)節(jié)，“泊松亮斑”定會(huì)出現(xiàn)在屏幕上。

4.實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)與注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)驗(yàn)使用鋼珠，免去制作圓盤的困難，而實(shí)驗(yàn)效果卻非常好。使用眼鏡片，也很容易得到直徑較寬的激光束。同以上實(shí)驗(yàn)相似，取材容易，制作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效果十分明顯。

注意事項(xiàng)：磁鐵可以使用耳塞里的小磁鐵。磁鐵吸在鋼絲末端，才能吸住鋼珠。

本文講述了兩種光的衍射實(shí)驗(yàn)的演示，第一個(gè)實(shí)驗(yàn)使用傳統(tǒng)的鉛筆、蠟燭等光源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材容易獲得；第二個(gè)實(shí)驗(yàn)使用激光筆、磁鐵、小鋼珠等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很好地得到了泊松亮斑。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都讓學(xué)生深刻感受到了光的衍射現(xiàn)象，為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)提供了良好的實(shí)驗(yàn)器材。

參考文獻(xiàn)：

[1]張東.高中物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀與出路初探[J].中學(xué)生數(shù)理化（學(xué)研版），2011.

[2]姚啟鈞.光學(xué)教程[M].高等教育出版社，2008.

編輯 任 壯