駱興高，張傳兵，劉銘峰

摘? ?要：通過改進光的雙縫干涉實驗裝置，將光的雙縫干涉圖樣更清晰地展示在學生面前;通過引導學生開展影響條紋間距大小因素的實驗探究活動， 并為理論推導雙縫干涉條紋間距Δx與雙縫到屏的距離L、光的波長λ、雙縫間距d的定量關系，提供了有力的實驗證據(jù)，突出學生學習的主體性，培養(yǎng)學生推理論證的能力。

關鍵詞：雙縫干涉;實驗改進;定性;定量;探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2022）5-0013-3

光的雙縫干涉實驗是光的波動說的重要實驗支持。本節(jié)課成敗的關鍵之一在于能否清晰地展示雙縫干涉實驗現(xiàn)象。傳統(tǒng)的雙縫干涉實驗一般采用現(xiàn)成的“激光光學演示器”，但此實驗裝置較為封閉，且教學時通常是老師講學生聽、老師做學生看，學生往往處于被動的學習地位。針對上述不足，我們在教學中對實驗裝置和教學方法做了必要的改進，收到了較好的效果。

1? ? 實驗改進

（1）改進后的實驗裝置如圖1所示。我們采用常見的激光筆做光源，取材簡易，學校容易配置;實驗器材采用分立式組合的方式，使教學的現(xiàn)場感更強，更有利于學生開展定性、定量的實驗探究活動，突出學生的參與性和主體性。

（2）在光源和雙縫之間加了一個玻璃圓柱體。讓激光從圓柱體側面射入，通過調整入射點和入射的角度，可將激光筆的光斑擴展（擴束），使原來呈點狀的干涉圖樣，變?yōu)楦逦臈l狀干涉圖樣，與教材呈現(xiàn)的雙縫干涉圖樣一致（圖2）。

（3）利用攝像頭或手機拍攝將干涉圖樣投影到大屏幕上，增加實驗的可見度;同時，借助于同屏呈現(xiàn)的刻度尺，學生可以直接讀出相應的實驗數(shù)據(jù)，非常方便且可信。

2? ? 教學探究

為使實驗發(fā)揮更大的教學功能，除了改進實驗裝置，我們還注重實驗教學方法的設計，讓學生更好地參與到實驗探究的全過程。本節(jié)課的教學路徑簡述如下。

2.1? ? 定性觀察

利用上述實驗裝置演示光的雙縫干涉實驗，引導學生在觀察的基礎上分析并總結雙縫干涉條紋的特點（如明暗相間、等距排布），使他們對光的雙縫干涉形成一個較為清晰的物理表象。

改變實驗條件，讓學生觀察大屏幕上雙縫干涉條紋間距的變化情況，通過分析對比發(fā)現(xiàn)：

（1）只改變光屏的位置，使雙縫到光屏的距離逐漸增大時，干涉條紋間距Δx也隨之變大。

（2）只改變雙縫的間距，干涉條紋間距Δx也會相應變化。增大雙縫的間距d，干涉條紋將變得更密，即干涉條紋間距Δx減小。

（3）采用不同的色光（即不同的波長λ），例如紅光或綠光做光源，保持其他條件不變，相比之下，波長較短的綠光的干涉條紋要比紅光的條紋密，即條紋間距更小。

2.2? ? 學生猜想

通過上述定性的觀察活動，學生得出影響雙縫干涉條紋間距Δx的因素有：雙縫到光屏的距離L、雙縫的間距d以及光的波長λ。在此基礎上，教師進一步提出問題：雙縫干涉條紋間距Δx與上述因素間存在怎樣的定量關系呢？

經(jīng)過討論，多數(shù)學生都會根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象直覺地認定：雙縫干涉條紋間距Δx可能與雙縫到光屏的距離L以及光的波長λ成正比，而與雙縫的間距d成反比。對于學生提出的猜想，教師在給予鼓勵的同時，還要讓學生明白需通過進一步的定量實驗來檢驗論證。

2.3? ? 定量探究

考慮到影響干涉條紋間距的相關變量較多，啟發(fā)學生運用控制變量法自行設計實驗方案，經(jīng)討論完善后讓學生全程參與，師生協(xié)作完成。

（1）探究Δx與L的關系

采用紅光照射間距為0.20 mm的雙縫，逐次移動光屏改變位置，并用卷尺測量雙縫到光屏之間的距離L。同時，利用附加在光屏上的毫米刻度尺，測出相應的干涉條紋間距Δx。為了減小測量誤差，在實驗中要求學生讀取5個條紋的總間距，再計算得到相鄰條紋的間距。學生現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可得，隨著雙縫到光屏距離L的增加，干涉條紋間距Δx也逐漸增大。為了更直觀地呈現(xiàn)兩者間的關系，還可以利用Excel 工作表格繪圖功能，作出Δx-L圖像（圖3），得到一條經(jīng)過原點的直線，從而說明二者呈正比關系。

（2）探究Δx與d的關系

保持雙縫到光屏的距離一定，用紅光分別去照射間距各為0.20 mm和0.25 mm的雙縫，將所成的干涉圖像依次投影到大屏幕上，讓學生分別測出5個條紋間距的寬度，進而計算相鄰干涉條紋的間距。相關數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可得，干涉條紋間距Δx隨著雙縫間距d的增大而減小，并且Δx與d的乘積相等，由此可推測兩者呈反比關系。

（3）探究Δx與λ的關系

保持雙縫到光屏的距離一定，采用波長為660 nm的紅色激光和波長為532 nm的綠色激光，分別去照射間距同為0.25 mm的雙縫，將所成的干涉圖像投影到大屏幕上，讓學生測量并計算相關數(shù)據(jù)，如表3所示。

由表3可得，干涉條紋間距Δx隨著入射光波長λ的增大而增大。并且發(fā)現(xiàn)，Δx與λ的比值近似相等，這也佐證了干涉條紋間距Δx與波長λ的正比關系。

通過上述實驗，說明我們對于光的雙縫干涉條紋規(guī)律的猜想是正確合理的。

2.4? ? 理論推導

正如著名物理學家密立根所言：“科學是用理論和實驗這兩只腳前進的”。科學家探究科學規(guī)律是如此，學生學習科學知識亦是如此。在經(jīng)歷上述實驗探究活動的基礎上，教師再引導學生進一步從理論上推導雙縫干涉條紋間距Δx與雙縫到屏的距離L、光的波長λ、雙縫間距d的定量關系（推導過程從略）。

學科知識是形成學科素養(yǎng)的載體。一切知識，惟有成為學生探究與實踐對象的時候，其學習過程才有可能成為素養(yǎng)發(fā)展的過程[1]。通過上述教學過程，就是力求讓學生回到知識發(fā)生的起點，通過盡可能真實的實驗情境，讓他們面對原始的問題，并且以情境化任務為驅動，不斷生成問題、解決問題，使學生的思維活動始終處于高階水平，通過“知識重演”最終獲得真知。實踐表明，這樣的教學不僅有助于學生對所學知識的理解與掌握，還可以培育他們的核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]余文森.核心素養(yǎng)導向的課堂教學[M].上海：上海教育出版社，2017.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）316269DF-501A-4410-851B-AE44F7F4AB8D