肖凱龍 張軍朋 莊浩麗

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

為了增強(qiáng)光的偏振現(xiàn)象的課堂導(dǎo)入效果，筆者自制了動(dòng)態(tài)流水畫，作為“光的偏振”教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)的趣味實(shí)驗(yàn).

1 動(dòng)態(tài)流水畫裝置和原理

動(dòng)態(tài)流水畫裝置如圖1所示.后燈箱中的燈泡發(fā)出自然光，通過勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形偏振片后，形成沿不同透振方向的偏振光出射.接著偏振光通過流水畫背后沿著水流方向分布的一條條偏振片，如圖2所示.橫向上看，相鄰兩層偏振片的透振方向是相互垂直的.因此，后燈箱出射的偏振光與流水畫背后的偏振片透振方向呈不同夾角，根據(jù)馬呂斯定律I=I0cos2α，光的強(qiáng)度會(huì)在流水處呈現(xiàn)出規(guī)律的亮暗變化，于是就形成了水“流動(dòng)”起來的似動(dòng)現(xiàn)象(人通過瞬間兩點(diǎn)刺激而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)幻覺[1]).韋特海默提出“完形原理”對這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行心理學(xué)解釋：人對“動(dòng)”的知覺是間接的，一定出現(xiàn)了某種主觀上的補(bǔ)充.因此，人對流水的圖式已經(jīng)存在認(rèn)知，當(dāng)人眼看到流水畫亮暗交替變化，會(huì)在主觀上將其“完形”(補(bǔ)充完整)，頭腦便產(chǎn)生了水“流動(dòng)”的似動(dòng)錯(cuò)覺.

圖1 動(dòng)態(tài)流水畫裝置

2 動(dòng)態(tài)流水畫的制作

(1)用A4紙彩打一張含有較大面積瀑布的流水畫，并將其貼在等大的亞克力板上.

(2)在亞克力板的背后，沿著流水方向貼上一條條小偏振片.其中同一層的偏振片透振方向需要一致，而相鄰兩層偏振片的透振方向需要相互垂直，如圖2所示.

圖2 流水畫背面圖

(3)在木板底座上固定轉(zhuǎn)速適中的齒輪，并將圓形偏振片(直徑：25 cm)貼在齒輪上.在齒輪后面固定3個(gè)15 W的LED白光燈泡作為光源，再用PVC板制作燈罩，使得光源發(fā)出的光線更集中，并將燈泡的電線從燈罩后穿出，如圖3所示.

圖3 后燈箱

3 動(dòng)態(tài)流水畫的演示

首先，將流水畫和后燈箱如圖1所示放置.然后，接通燈泡，這時(shí)流水畫被照亮但沒流動(dòng).接著，接通齒輪，根據(jù)上述原理，可觀察到流水“流動(dòng)”起來.

演示前注意關(guān)燈，避免其余光線太強(qiáng)以致影響演示效果.在演示過程中可播放流水的音效，效果更為逼真.

總之，動(dòng)態(tài)流水畫生動(dòng)形象地模擬出自然流水的視覺效果，不僅展示了光的偏振現(xiàn)象的自然美,而且增加了課堂的趣味性.

1 鄧勤勤，馬富強(qiáng).似動(dòng)現(xiàn)象對于動(dòng)知覺認(rèn)識(shí)的啟示.心智與計(jì)算，2009(2)： 99～103

2 董峻.似動(dòng)知覺中的主客體關(guān)系及其理論外推.復(fù)印報(bào)刊資料(心理學(xué)) ,1993(10): 43～49

3 課程教材研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理·選修 3-4.北京：人民教育出版社,2010.80～82

4 聶劍軍,謝明生. 依據(jù)全反射棱鏡功能自制“變臉魔術(shù)”教具. 物理通報(bào),2013(12):93～94