朱紅

摘要：介紹了用激光筆改造聲學(xué)和光學(xué)中一些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想與具體的方法。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)；光學(xué)；激光筆；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-6148(2012)1(S)-0057-3

為了更好地開展科學(xué)課程的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，我們?cè)陂_發(fā)和改進(jìn)聲學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)上作了一些嘗試。

1聲

聲是常見的現(xiàn)象之一。聲音是以物體振動(dòng)發(fā)生，并以聲波形式傳播，真空不能傳聲，這對(duì)初中生來(lái)說(shuō)十分抽象。很多教材用音又振動(dòng)引起小球振動(dòng)，說(shuō)明發(fā)聲體的振動(dòng)，但是球的振動(dòng)與音叉振動(dòng)往往不合拍，實(shí)驗(yàn)效果不理想。我們利用生活中的一些簡(jiǎn)單材料自制教具，實(shí)驗(yàn)新穎、生動(dòng)、現(xiàn)象明顯，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

1.1聲音產(chǎn)生

(1)器材電源、喇叭、小平面鏡、激光筆、鐵架臺(tái)。

(2)制作方法喇叭上粘上一塊小的平面鏡，并用支架把喇叭固定。

(3)設(shè)計(jì)意圖激光筆發(fā)出的光通過(guò)平面鏡反射到墻面形成光點(diǎn)。當(dāng)喇叭振動(dòng)，墻面的光點(diǎn)將振動(dòng)放大，使學(xué)生在聽到聲音的同時(shí)直觀地看到光點(diǎn)的跳動(dòng)形成不同的圖形。從而說(shuō)明發(fā)聲的物體在振動(dòng)，使實(shí)驗(yàn)生動(dòng)、直觀、新奇。

(4)步驟與現(xiàn)象

①在喇叭的正前方用鐵架臺(tái)固定激光筆(圖1)。激光筆射出的光經(jīng)平面鏡反射到對(duì)面的墻上，形成光點(diǎn)。

②接通喇叭的電源，喇叭發(fā)出聲音，觀察墻上的光點(diǎn)不停跳動(dòng)形成不同圖形；切斷電源，發(fā)聲停止，光點(diǎn)跳動(dòng)也隨即停止。

1.2聲音的傳播

(1)器材紙筒、氣球(橡皮膜)、雙面膠、蓋玻片、激光筆。

(2)制作方法取紙筒，去底和蓋，一端用橡皮膜蒙上，在橡皮膜上用雙面膠粘上蓋玻片(圖2)。

(3)設(shè)計(jì)意圖激光筆發(fā)出的光通過(guò)蓋玻片反射到墻壁上形成光點(diǎn)。人發(fā)聲時(shí)的振動(dòng)通過(guò)空氣傳給橡皮膜上的蓋玻片，引起蓋玻片的振動(dòng)，蓋玻片的振動(dòng)使反射到墻上的光點(diǎn)位置發(fā)生變化。從而幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)聲源處的振動(dòng)能被空氣等介質(zhì)向外傳播，建立聲波的模型。

(4)步驟與現(xiàn)象①一人持激光筆不動(dòng)(用鐵架臺(tái)固定更好)，使激光通過(guò)蓋玻片的反射照到墻上，在墻上產(chǎn)生一光點(diǎn)。另一人在紙筒的另一端發(fā)聲。②隨著橡皮膜的振動(dòng)，墻上的光點(diǎn)跳動(dòng)形成不同的圖形。

1.3真空不能傳聲

(1)器材大號(hào)塑料注射器2個(gè)、注射用針頭、輸液管、輸液閥門、小鬧鐘一個(gè)、細(xì)漆包線、塑料軟管一小段、502膠水一支、鐵釘一枚、凡士林。

(2)制作方法(圖3)①將小鬧鐘拆開，取下小喇叭，用兩根細(xì)漆包線分別在小喇叭上焊接好。將一個(gè)注射器的活塞取下，喇叭放入針筒。②將兩根細(xì)漆包線的另一端依次穿過(guò)一小段軟管(軟管長(zhǎng)度約為注射器長(zhǎng)度1／2～1／3)、注射器，焊接在小鬧鐘的原電路上。③剪一小段輸液管，在輸液管上安裝好輸液閥門，再把輸液管的另一端緊套在注射器上，用502膠膠好密封。在活塞的密封環(huán)上涂上凡士林以保證密封。④將該注射器活塞的密封環(huán)拉至頂端(注意不可拉出)，然后在靠近注射器圓筒口處活塞的芯桿中間橫穿一小孔，以便能用鐵釘穿過(guò)芯桿上的小孔，將活塞卡住同定。

(3)設(shè)計(jì)意圖放于針筒內(nèi)的鬧鐘發(fā)生器發(fā)盧，因?yàn)獒樛矁?nèi)有空氣，聽到聲音。接下來(lái)首先該針筒活塞推到底，再用另一個(gè)注射器將該注射器內(nèi)剩下的空氣抽盡，最后將該注射器的活塞拉至頂端，使注射器的密閉空間形成接近真空的狀態(tài)，如果讓發(fā)生器懸空放置，就聽不到聲音。再把空氣放入針筒，又聽到聲音。通過(guò)對(duì)比，說(shuō)明真空不能傳聲，聲音傳播需要介質(zhì)。

(4)步驟與現(xiàn)象①將小喇叭裝上電池(或閉合開關(guān))，可以聽到注射器內(nèi)小喇叭發(fā)出“滴滴滴”的響聲。②將該注射器的活塞推到底，再用另一個(gè)注射器將該注射器內(nèi)剩下的空氣抽盡，將輸液閥門關(guān)閉。③將該注射器的活塞拉至頂端，用鐵釘穿過(guò)芯桿上的小孔，將活塞卡住固定。④將小喇叭調(diào)至注射器圓筒中空部位，則聽不到小喇叭的響聲(真空不能傳聲)；若將小喇叭與注射器筒壁接觸，則仍可聽到小喇叭的響聲(固體可以傳聲)。⑤將輸液閥門稍微打開，可聽到小喇叭的聲音從無(wú)到有逐漸增大。

2光

光也是常見的現(xiàn)象之一。光的直線傳播規(guī)律的條件是均勻介質(zhì)，很多教材都是直接觀察光在同一種均勻介質(zhì)中傳播路徑就得出結(jié)論，如果對(duì)比光在均勻和不均勻介質(zhì)中傳播路徑得出結(jié)論，效果會(huì)更好。

2.1光的直線傳播

(1)器材激光筆(建議功率為300mw以上)、鐵架臺(tái)、透明無(wú)機(jī)玻璃水缸(長(zhǎng)60cm、寬5cm、高30cm)、海波、清水。

(2)設(shè)計(jì)意圖光通過(guò)不均勻的液體，光的傳播路線是彎曲的；攪拌使液體均勻，光的傳播路線變成直線。通過(guò)對(duì)比說(shuō)明光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生對(duì)規(guī)律的理解更加深刻。

(3)步驟與現(xiàn)象①在玻璃缸中倒入三分之一的水。②配置500ml的海波溶液。③將海波溶液倒入到裝有水的玻璃缸，形成不均勻的液體。④用鐵架臺(tái)固定激光筆，將激光從水缸的下部位置，從下往上射入，可觀察到光在不均勻的溶液中是沿曲線傳播的(圖4)。⑤用玻璃棒將不均勻的溶液充分?jǐn)嚢杈鶆?，可觀察到光又沿直線傳播(圖5)。

2.2探究地面上的圓形光斑是什么

(1)器材有四個(gè)圓形LED燈的小夜燈、無(wú)孔的黑卡紙若干、白光屏、支架

(2)制作方法黑卡紙分別刻三角形、圓形、菱形大孔。小夜燈較重，安裝在支架上容易倒，另用木板制作底座，支撐住小夜燈，如圖6。

(3)設(shè)計(jì)意圖探究地面上的圓形光斑是什么，需要在陽(yáng)光底下做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。用夜燈代替太陽(yáng)做光源，觀察光源通過(guò)小孔在屏上形成的像，實(shí)驗(yàn)不受天氣的影響。而且實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單易得，可用來(lái)做隨堂實(shí)驗(yàn)。一個(gè)圓形的LED燈發(fā)出的光通過(guò)不規(guī)則的小孔在光屏上形成圓形的光斑，說(shuō)明光斑是圓形燈的像。通過(guò)遮蓋四個(gè)LED燈的其中一個(gè)，觀察小孔成的像，還可以得出像與物的特點(diǎn)。

(4)步驟與現(xiàn)象：

(一)探究圓形光斑是什么?

①其中三個(gè)光源用黑卡紙遮住，只露出一個(gè)圓形光源，并取不同形狀大孔的卡紙，讓光分別透過(guò)它們，觀察在屏上光斑的形狀。②用無(wú)孔的卡紙遮去上述大孔的一部分，邊慢慢移動(dòng)卡紙使孔變小，邊觀察屏上是否會(huì)出現(xiàn)圓形光斑。③觀察光斑、小孔以及光源的形狀，可觀察到屏上的圓形光斑與光源的形狀相似。由此可得出圓形光斑是圓形的夜燈通過(guò)小孔所成的像。

(二)探究小孔成像的特點(diǎn)

①將刻有大孔的黑卡紙換成有小孔的黑塑料板。②揭掉小夜燈上的黑卡紙，將四個(gè)圓形光源全部露出來(lái)。③用手指分別遮住上、下、左、右的小光源，觀察四種情況下在光屏上的成像特點(diǎn)?？捎^察到小孔所成的像與物是上下顛倒、左右相反。