巧用廉價新型材料實現光路可視化

王朝陽

摘 要：該文利用廉價新型材料壓電陶瓷片共振時，能將與其直接接觸的水進行霧化的原理，設計制作了光路可視化的實驗裝置。該裝置可廣泛應用于光的直線傳播、折射反射定律、透鏡成像、望遠鏡的原理等涉及光路演示的有關實驗。

關鍵詞：壓電陶瓷片；共振；霧化；光路；可視化

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）3-0062-2

1 實驗原理

該設計針對教科版初中物理八年級上冊第四章中光的傳播原理、折射反射原理、透鏡成像規律等知識點[1]，創新設計了利用新材料壓電陶瓷片共振時[2]，能直接將與壓電陶瓷接觸的水霧化成微小的水珠產生霧氣，設計制作了光路可視化的實驗裝置。該裝置可以清晰地展示光的直線傳播、折射反射定律、透鏡成像、望遠鏡的原理等涉及光路演示的有關實驗。使學生對光學有一個全面的、立體的、可視的認知。

2 實驗裝置設計

圖1所示為壓電陶瓷共振霧化水電路設計示意圖，我們可以看到此電路分為變壓電源、壓電陶瓷振蕩器和簡易水槽三部分組成。使用時，可通過適當調節變壓電源上的變壓旋鈕，來控制水霧化的速度。圖1中左下插圖為壓電陶瓷振蕩器的實體圖，該設計選定型號為20 mm的壓電陶瓷振蕩器為本設計的霧化源，如插圖所示，其為圓環形狀，中間噴霧，驅動電壓為DC3—DC12 V，具有高轉換效率，霧化力量大和價格低廉等特點。

圖2所示為該設計整體實驗裝置的實物結構圖，其由透明性較好的有機玻璃和卡扣組成半密閉性空間，內置相關光學實驗所需的配套實驗器材，以普遍且價格相對低廉的激光筆作為光源。

4 教具使用方法

（1）此教具學生可以人手一套，引導學生進行分組實驗。透明的外殼由卡扣和有機玻璃板組合而成，學生可拼裝箱子的大小，根據其所要探究的實驗，制作教具，并分析產生該現象的原因。

（2）教具可以結合攝像頭、投影儀等多媒體器件，進行演示實驗。

（3）教具進行光路演示時注意遮擋日光，效果更加明顯。

5 教具特色

（1）實驗設計的特色是利用新材料壓電陶瓷所固有超聲波振蕩特點，當振蕩電路的振蕩頻率與壓電陶瓷的固有振蕩頻率相同時產生共振，可以直接將與壓電陶瓷接觸的水霧化成微小的水珠從而產生霧氣。教具的最大亮點是實現了光路的可視化，打破了傳統的教與學形成的固定思維，巧妙地將看不見摸不著的光路呈現到學生面前。實驗設計更有助于學生觀察理解光學現象，同時也達到激發興趣、培養能力的目的。

（2）實驗裝置具有操作簡單，便于拼裝，現象明顯，使用安全，可演示大部分涉及光路的實驗，并能驗證一些生活中的現象。例如，舞臺用的追光燈是把光源放在凸透鏡的焦點上，使透鏡發出平行光，然后照射在舞臺上。

（3）實驗裝置采用新材料，成本廉價，取材于生活，體現了物理源于生活、回歸生活的本質。

（4）可引導鼓勵學生，自己動手制作教具，從而達到了寓教于樂的目的。

6 注意事項

由于實驗中用到了激光筆，使用時要注意引導學生正確操作，不要相互照射，以避免損傷學生的眼睛。

參考文獻：

[1]郭棕嶺，王興芹.淺談光折射的起因和規律[J].物理教學探討，2004，22（11）：47.

[2]聶應才.共振三問[J].物理教學探討，2010，28（12）：42.

（欄目編輯 王柏廬）