利用超聲波霧化器改進(jìn)光的色散實(shí)驗(yàn)*①

童偉強(qiáng)②鄭圓成陳趙江

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

①*浙江省省級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和浙江師范大學(xué)青年教師教改項(xiàng)目資助.

摘 要：當(dāng)前光的色散實(shí)驗(yàn)存在現(xiàn)象不明顯、沒(méi)有立體感的問(wèn)題.本文作者用LED燈與超聲波霧化器代替光源與屏幕實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的色散實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，使得學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解更加深刻.

關(guān)鍵詞：光的色散超聲波霧化器LED燈

作者簡(jiǎn)介：②童偉強(qiáng)(1991-)，男，在讀本科生.

通訊作者：陳趙江(1980-)，男，博士，講師，主要從事光致光熱技術(shù)方面的研究.

收稿日期：(2015-04-08)

在中學(xué)教學(xué)中，光的色散演示問(wèn)題一直是教學(xué)的難點(diǎn).但現(xiàn)有教具對(duì)光的色散知識(shí)的展示不夠全面，無(wú)法形象地演示光的色散現(xiàn)象，學(xué)生無(wú)法直觀、深刻地了解其中的內(nèi)涵.而我們?cè)O(shè)計(jì)出的儀器具有很好的直觀性與立體性，能夠更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)光的色散的知識(shí).

1傳統(tǒng)方案的不足

“光的色散”實(shí)驗(yàn)在高中《物理·選修3-4》第十三章第四節(jié)的“光的顏色 色散”和初中物理八年級(jí)上冊(cè)第四章第五節(jié)“光的色散”中都是一個(gè)不可忽視的實(shí)驗(yàn).在教育部關(guān)于《中小學(xué)教師教學(xué)儀器配備目錄》中有“J20218型白光的色散與合成演示器”[1]，教師在演示該教具時(shí)無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，教室前幾排的學(xué)生圍在講臺(tái)桌才能看清，后幾排的學(xué)生就不能觀察到，致使許多教師不愿現(xiàn)場(chǎng)演示，而用多媒體播放相應(yīng)視頻，但這樣使得實(shí)驗(yàn)沒(méi)有真實(shí)感.出現(xiàn)上述問(wèn)題是由于在演示器中用的是功率為3W的小燈泡，亮度明顯不夠，而且實(shí)驗(yàn)使用的不是平行光，無(wú)法與太陽(yáng)光相比，因此無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果.

在實(shí)驗(yàn)時(shí)往往把色散出來(lái)的光投到墻壁上或白紙上，這就使得實(shí)驗(yàn)沒(méi)有立體感，不能使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與現(xiàn)實(shí)生活中的彩虹相比，無(wú)法引起學(xué)生濃厚的興趣，無(wú)法增強(qiáng)課堂的氛圍，如果實(shí)驗(yàn)得到改進(jìn)，能夠更加直觀地觀察到光的色散產(chǎn)生的立體彩虹，而對(duì)光的色散現(xiàn)象表現(xiàn)得更加形象，就可以幫助學(xué)生更好地理解這部分知識(shí)內(nèi)容.

2改進(jìn)措施

為了使得以上幾個(gè)問(wèn)題得到解決，提高光源的亮度與光線的平行性，我們采用LED燈來(lái)代替小燈泡作為光源，這樣做可以使光源與太陽(yáng)光更加接近，而且提高了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的清晰度，使得教室里的學(xué)生都能夠清楚地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上應(yīng)用超聲波霧化器，讓從三棱鏡色散出來(lái)的光投到超聲波霧化器產(chǎn)生的水霧上，從而可以達(dá)到模擬彩虹的目的，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更具有可視性和立體感，大大提高了學(xué)生的興趣，活躍了課堂的氛圍.

3改進(jìn)方法

3.1實(shí)驗(yàn)器材

三棱鏡，LED燈，超聲波霧化器，2個(gè)支架，細(xì)繩.

3.2實(shí)驗(yàn)演示步驟

(1)將超聲波霧化器與電源接通，調(diào)節(jié)功率的大小以控制噴霧的濃度.結(jié)果顯示，將功率調(diào)到最大時(shí)，即水霧濃度最大時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最明顯.

(2)將三棱鏡用細(xì)繩固定在支架上(注意三棱鏡的位置要高于噴霧口的高度)，使平行光能完全照射到三棱鏡上并且使色散的光在三棱鏡的另一側(cè)面射出,實(shí)物圖及結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示.

圖1　實(shí)物圖

圖2　結(jié)構(gòu)圖

(3)調(diào)試平行光.不斷地調(diào)節(jié)LED燈在支架上的高度與豎直方向的角度，使得三棱鏡折射出的光能夠投射到水霧上，然后用細(xì)繩將LED燈固定在支架上.

(4)演示實(shí)驗(yàn).當(dāng)完成以上步驟后，在水霧上形成類似于彩虹的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，達(dá)到立體的實(shí)驗(yàn)效果，如圖3所示.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更具有可視性和立體感.

圖3　現(xiàn)象圖

4改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)

利用LED燈作為實(shí)驗(yàn)光源，提高了實(shí)驗(yàn)光源的亮度，光線的平行性使得光源更加接近太陽(yáng)光，大大提高了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的清晰度.實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)將中學(xué)課程中光的色散與實(shí)際相結(jié)合，通過(guò)改變LED燈源的光折射后，得到不平行的不同顏色的光.同時(shí)，利用超聲波霧化器得到的噴霧光屏停留在空中，使不同顏色的光投在屏幕上得到彩虹.在課題引入時(shí)能引起學(xué)生興趣或埋下伏筆，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能夠給學(xué)生以深刻的印象，給學(xué)生的課堂帶去樂(lè)趣，更加形象、直觀地展現(xiàn)了有立體感的彩虹，給學(xué)生帶來(lái)了真實(shí)感.

參 考 文 獻(xiàn)

1康良溪.光的色散實(shí)驗(yàn)的改進(jìn).實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器(綜合版),2005(10):12