自制泊松亮斑演示儀

自制泊松亮斑演示儀

王 維

(亳州市第三中學(xué)安徽 亳州236800)

收稿日期：(2014-07-09)

1自制實(shí)驗(yàn)儀器原因

在光的衍射教學(xué)中，圓孔衍射和單縫衍射這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)做得較多，學(xué)生對(duì)這兩種衍射圖像很熟悉,但是對(duì)圓屏衍射的圖像——泊松亮斑不是很熟悉.泊松亮斑實(shí)驗(yàn)屬于演示實(shí)驗(yàn)，只在人教版教材《物理·選修3-4》11.5節(jié)中的“科學(xué)足跡”閱讀材料中介紹過(guò)，該實(shí)驗(yàn)幾乎沒有在中學(xué)課堂上演示過(guò)，在實(shí)際教學(xué)中一直是一個(gè)空白.

學(xué)生只是聽說(shuō)過(guò)泊松亮斑，沒有親眼看見過(guò)，這就使得圓屏衍射的圖像——泊松亮斑是課堂教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn).

為了增加學(xué)生對(duì)泊松亮斑的感性認(rèn)識(shí)，筆者利用身邊廢舊的實(shí)驗(yàn)材料和網(wǎng)上購(gòu)買的激光筆自制泊松亮斑演示儀.

2實(shí)驗(yàn)示意圖

演示實(shí)驗(yàn)示意圖如圖1所示.

圖1　演示實(shí)驗(yàn)示意圖

3實(shí)驗(yàn)器材

紅色激光筆(功率100 mW，波長(zhǎng)650 nm)，小鋼珠(直徑分別為2 mm，3 mm，4 mm )，改制的光具座，小釹鐵硼強(qiáng)磁柱，縫衣針，近視眼鏡片(凹透鏡).

4實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2所示.

圖2

5實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程

(1)按實(shí)驗(yàn)裝置圖(圖2)，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材.

(2)將激光筆發(fā)出的激光水平射向凹透鏡中心，經(jīng)過(guò)凹透鏡擴(kuò)束后，變粗的激光正射懸掛在針尖下方的小鋼珠.

(3)用一張白紙作為光屏在小鋼珠后方接收?qǐng)D像，在白紙上合適的位置分別出現(xiàn)泊松亮斑和衍射亮環(huán).

(4)實(shí)驗(yàn)圖像如圖3所示.

圖3

6說(shuō)明

本實(shí)驗(yàn)的特色和創(chuàng)新之處：

(1)高中物理教學(xué)中很少演示泊松亮斑，該實(shí)驗(yàn)裝置填補(bǔ)了課堂教學(xué)中的一處空白.

(2)利用本實(shí)驗(yàn)裝置得到的泊松亮斑和衍射亮環(huán)的圖像清唽，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯.

(3)所用器材成本不高、容易獲取，實(shí)驗(yàn)操作靈活、方便，屬于低成本自制教具，其他學(xué)校均可以仿制.

(4)對(duì)于泊松亮斑，學(xué)生耳聽為虛，眼見為實(shí)，親眼看見了陰影中心有一個(gè)亮斑，可以加深學(xué)生對(duì)光是一種波的概念的理解.