“光的衍射”實驗改進

陳潯穎

(位育中學 上海 200231)

1 原教材中的實驗

原教材中的2521型學生實驗儀的單縫是采用真空鍍鉻工藝鍍鉻在玻璃片上．鍍鉻的部分像鏡子一樣反光，不能透光；不鍍鉻的部分(即單縫所在位置)則透光．將此單縫與激光器、光屏依次安裝在光具座上．調整三者的高度(使之在同一水平線上)和距離，使激光照射單縫，在光屏上投下的衍射條紋．

在實際教學過程中，教師除了要讓學生觀察到單縫衍射的圖樣外，還希望通過實驗讓學生觀察產生明顯衍射的條件及不同縫寬的衍射圖樣的不同，而原器材中只是配有兩種不同縫寬的單縫，這是此儀器的不足之一；其次，我們知道光不僅遇到狹縫會出現衍射現象，在遇到障礙物時一樣會出現衍射現象，而該儀器就無法做到這點，這是此儀器的不足之二.那么有些教師就想到取下單縫，在光具座上一次一次地安裝不同粗細的障礙物，雖然可以在光屏上觀察到投下的衍射條紋，但在實際操作中，每換一次障礙物都要調整位置使其在激光的光路上，這樣，課堂的效率就變得不高，基于此原因改進實驗儀器如下．

2 改進后的實驗

(1)實驗器材

氦-氖激光器1個，螺旋測微器2個，光具座1臺，光屏1個(自制)，矩形鋼片(2 mm×15 mm×0.5 mm)1條.

(2)制作過程

單縫的制作：在其中一個螺旋測微器上固定一個螺絲，使其能固定在光具座上，如圖1(a)所示.

障礙物的制作：在另一個螺旋測微器上固定一個螺絲，并在測微螺桿的中心安裝矩形鋼片，如圖1(b)所示.

圖1

光屏的制作：空的大紙盒在其底部用雙面膠貼上黃色的KT板(底色為黃色，反射和吸收紅色激光都不是最強，教室演示效果較好).

(3)實驗方法

單縫衍射實驗：將激光器和作為單縫的螺旋測微器依次安裝在光具座上．調整二者的高度(使之在同一水平線上)和距離(光源與單縫距離為20 cm，單縫和光屏距離為180 cm)，使激光照射在螺旋測微器的小砧和測微螺桿之間的縫的中心，在光屏上投下激光的光斑，此時觀察不到衍射條紋；旋轉微調旋鈕改變小砧和測微螺桿之間的縫寬，則光屏上開始出現衍射條紋；繼續旋轉微調旋鈕，可以觀察到衍射條紋隨著縫寬變化的規律，中央亮紋的寬度越來越寬．

障礙物衍射實驗：將激光器、作為障礙物的螺旋測微器依次安裝在光具座上．調整二者的高度(使之在同一水平線上)和距離(光源與障礙物距離為15 cm，障礙物和光屏距離為180 cm)，使激光照射螺旋測微器的障礙物的中心，此時在光屏上投下的障礙物的影子，觀察不到衍射條紋；旋轉微調旋鈕改變障礙物的擋光寬度，則光屏上在障礙物的邊緣開始出現衍射條紋；繼續旋轉微調旋鈕，直到障礙物平面和光具座水平為止，此過程中可以觀察到隨著障礙物擋光的寬度越來越窄衍射條紋越來越明顯，中央亮紋的寬度越來越寬．

3 改進后實驗的優點

該實驗裝置經過這樣的改進后通過課堂教學實踐發現效果非常得好．可以簡便地連續改變障礙物的擋光寬度及狹縫的寬度，很大地節約了課堂演示的時間，從而實現實驗的目的，既讓學生觀察到了光的衍射現象，同時了解產生明顯光的衍射現象的條件，并觀察到光的衍射條紋隨障礙物及單縫的寬度改變的規律，可謂一舉多得．