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        一種光的衍射教學(xué)演示儀

        2014-10-21 13:16:24彭保進(jìn)鄭圓成
        物理教師 2014年8期
        關(guān)鍵詞:針筒激光器現(xiàn)象

        林 珠 王 格 彭保進(jìn) 鄭圓成

        (浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院,浙江 金華 321004)

        現(xiàn)行人教版高中《物理》選修3-4教材中,對(duì)“光的衍射”這一節(jié)的處理往往是基于單縫衍射、圓孔衍射和圓盤衍射3個(gè)實(shí)驗(yàn),以此說明光發(fā)生明顯衍射的條件和現(xiàn)象,不具新意.在實(shí)際教學(xué)過程中,由于所需儀器昂貴、操作過程復(fù)雜、現(xiàn)象不明顯等原因,很多教師在課堂中往往不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示,而是通過課件里的圖片進(jìn)行說明、講解過程.另一方面,所列舉的衍射現(xiàn)象無非就是單縫衍射、泊松亮斑等,不具新意.

        基于以上現(xiàn)象,本實(shí)驗(yàn)利用光的衍射的原理及特點(diǎn),設(shè)計(jì)出一種具體操作簡(jiǎn)單方便、效果明顯、成本較低的教學(xué)演示儀用于課堂教學(xué).與此同時(shí),加深學(xué)生對(duì)光的衍射的理解,豐富課堂內(nèi)容,使課堂教學(xué)充滿生氣.

        1 實(shí)驗(yàn)裝置

        本實(shí)驗(yàn)采用惠更斯-菲涅耳原理:任何時(shí)刻波面上的每一點(diǎn)都可以作為次波的波源,各自發(fā)出球面次波;在以后的任何時(shí)刻,所有這些次波波面的包絡(luò)面形成整個(gè)波在該時(shí)刻的新波面,在障礙物外的光場(chǎng)中任一點(diǎn)的光振動(dòng)為

        其中C為比例系數(shù),K(θ)為傾斜因子.

        傳統(tǒng)衍射實(shí)驗(yàn)一般都是讓激光器射出激光,照在表面被挖出形狀的擋板上,最后在接受屏上觀察現(xiàn)象.而本實(shí)驗(yàn)用520~570nm激光筆代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的激光器,用針頭擠出的污水滴代替擋板,用墻代替接受屏.打開激光器后,激光將繞開污水滴發(fā)生菲涅耳衍射.由此,在接受屏(或墻)上就會(huì)出現(xiàn)明顯的衍射圖樣,甚至能看到微生物.

        圖1

        實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,(1)滑軌;(2)遠(yuǎn)紅外石英管固定卡子;(3)激光指示器;(4)滑塊;(5)懸掛架;(6)針筒;(7)接收屛或墻.

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        將裝置按圖1所示固定,放置在光線較暗的教室里.用針筒吸入所需觀察的污水并放置于懸掛架上,輕推針筒推桿,使針筒頭部懸掛一滴體積最大的污水滴.調(diào)節(jié)針筒高度,使水滴和激光筆光路保持在同一水平線上.打開激光筆,通過滑動(dòng)裝置1(滑軌)調(diào)節(jié)裝置離光屏(或墻)的距離,直至成像效果最清晰.

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