淺談高中物理光的衍射實驗自制實驗器材

于勝義

摘 要：隨著中國經濟的發展，高中物理教學對實驗的重視程度越來越高。目前，實驗教學方式常常有：教師以講代做、以畫圖代做、以多媒體動畫視頻或錄像代做等。高中物理教學中配有使用寬度可調節的單縫進行衍射實驗，該實驗可以讓學生對縫的寬度與衍射現象有感性的認識；并在學生實驗中讓學生使用鏡子制作單縫進行衍射實驗，進一步觀察衍射現象。講述兩種自制器材做光的衍射實驗。

關鍵詞：高中物理；光學；實驗；衍射；自制器材

光的衍射實驗，應該由實驗室教學與課堂教學相結合的方式幫助學生深刻地認識光的波動性。

通過觀察現象、進行演示和學生實驗，學生可以對物理事實獲得具體、明確的認識，這是理解概念和規律的基礎。觀察、實驗對于培養學生觀察和實驗的能力，培養學生實事求是的科學態度，激發學生學習興趣具有極為重要的作用。因此，要大力加強光的干涉衍射的演示和學生實驗。

對于衍射實驗，教學中配有使用寬度可調節的單縫進行衍射實驗，該實驗可以讓學生對縫的寬度與衍射現象有感性的認識；并在學生實驗中讓學生使用鏡子制作單縫進行衍射實驗，進一步觀察衍射現象。對光的衍射，學生需要通過觀察光的衍射現象，知道什么是光的衍射及產生明顯衍射現象的條件，能用衍射知識對生活中的現象進行解釋和分析

一、用手電筒或蠟燭做光的衍射實驗

上面的實驗都要使用激光做單縫或雙縫實驗，但是學生一般沒有激光筆，只能由教師在課堂上做演示實驗，學生如果沒有激光筆不能做實驗。為此，不用激光做此實驗也可以成功觀察到衍射實驗現象。

1.實驗裝置

如圖1所示。

2.實驗器材

蠟燭、紙、鉛筆、橡皮筋。

3.實驗過程

將兩只圓柱形的新鉛筆并齊，兩頭用橡皮筋匝緊（用兩手捏著也行），在鉛筆兩端夾上疊好的紙條，夾入不同層數的紙條，可以在兩鉛筆中間形成不同寬度的狹縫，一般紙的厚度為0.07 mm左右，夾入7層厚的紙條，便可得到一條約0.5 mm的狹縫。

眼睛緊貼狹縫，且讓狹縫與蠟燭光上下保持平行，在離蠟燭約1 m遠處觀察，便可以看到清晰而明亮的彩色條紋（主要為黃光），跟課本上白光的衍射圖樣相似，實驗效果較好。

4.實驗優點與注意事項

實驗優點：用蠟燭做光的衍射實驗，取材便利，操作簡單；在鉛筆間夾紙的方法能觀察不同寬度的狹縫，更換方便。

注意事項：使用蠟燭作光源實驗效果沒有激光好，但同樣可以觀察到衍射現象。這需要學生更為耐心地觀察，在教室里較暗的時候效果更佳。

二、泊松亮斑

用一束平行的單色光，照射一片不透明的圓板，圓板后面會出現陰影。當圓板的直徑縮小到一定程度時，陰影變成一圈圈明暗相間的條紋，有趣的是不透明的圓板陰影中心卻是一個亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”實驗。“泊松亮斑”實驗有力地證明了光的波動理論，可極大地激發學生的好奇心，對學生理解光的波動理論和激發興趣起著相當重要的作用。目前，完成本實驗中學還沒有配套的設備，所以，我們在這里使用身邊能找到的器材做此實驗。

1.實驗裝置

如圖2所示。

2.實驗器材

凹透鏡（或近視眼鏡片）、小鋼珠、激光筆、磁鐵、鐵絲、屏。

3.實驗過程

如果使用圓板做本實驗，需要條件是被照射的圓板直徑要相當小，且表面相當光滑才行，否則不可能產生衍射現象，而直徑太小又不容易夾持和固定，這些都是實驗的難點。制作邊緣光滑的圓盤非常困難，所以在此處使用鋼珠代替，鋼珠表面十分光滑，非常適合做此實驗。

被照物用直徑較小的鋼珠（自行車腳踏內的鋼珠），把鋼絲夾持到鐵架臺上。為固定鋼珠，本實驗使用鋼絲吸引磁鐵，再使用鋼絲吸引住鋼珠。

這時，用激光筆光束透過凹透鏡或眼鏡片，使光束發散，易使光束大于鋼珠直徑，離鋼珠2米左右照射鋼珠。只要光束能正照鋼珠，適當調節，“泊松亮斑”定會出現在屏幕上。

4.實驗優點與注意事項

實驗優點：本實驗使用鋼珠，免去制作圓盤的困難，而實驗效果卻非常好。使用眼鏡片，也很容易得到直徑較寬的激光束。同以上實驗相似，取材容易，制作簡單，實驗效果十分明顯。

注意事項：磁鐵可以使用耳塞里的小磁鐵。磁鐵吸在鋼絲末端，才能吸住鋼珠。

本文講述了兩種光的衍射實驗的演示，第一個實驗使用傳統的鉛筆、蠟燭等光源進行了實驗，實驗器材容易獲得；第二個實驗使用激光筆、磁鐵、小鋼珠等進行實驗，很好地得到了泊松亮斑。這兩個實驗都讓學生深刻感受到了光的衍射現象，為學生自主實驗提供了良好的實驗器材。

參考文獻：

[1]張東.高中物理實驗現狀與出路初探[J].中學生數理化（學研版），2011.

[2]姚啟鈞.光學教程[M].高等教育出版社，2008.

編輯 任 壯