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幾個(gè)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)論文
高二物理光學(xué)部分，理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象。在教學(xué)中，做好實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣呓虒W(xué)效果。這里，我們改進(jìn)、設(shè)計(jì)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，供大家參考。
一、用多媒體手段觀察雙縫干涉條紋
通常做雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn)有兩種方法，其一是采用激光光學(xué)演示儀，使激光束透過雙縫，在光屏上觀察單色光的干涉條紋；其二是采用光的干涉衍射偏振演示儀，使白光或者單色光依次透過單縫、雙縫，然后經(jīng)觀察筒來觀察干涉條紋。兩種方法都必須在較暗的教室里實(shí)驗(yàn)，所形成的雙縫干涉條紋都較小且暗淡，教室里的大部分學(xué)生，只有靠近裝置才能觀察到裝置和條紋。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了用多媒體手段觀察雙縫干涉條紋實(shí)驗(yàn)，即用視頻展示臺(tái)拍攝條紋，用電視機(jī)或投影機(jī)播放，取得了較好的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)效果。
改進(jìn)的雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn)所需的器材為：學(xué)生分組用雙縫干涉儀的部分套件（0.2mm雙縫、單縫、長(zhǎng)圓筒、短圓筒、兩個(gè)支架、紅色和綠色濾光頭），光具座及其插桿3支，12V5W燈泡，電源，21英寸彩色電視機(jī)（或者投影機(jī)），清晰度高于400線的視頻展示臺(tái)（或者攝像頭），實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的光線不需太暗。
裝置的組合方法為：在光具座上，依次通過插桿放置燈泡、裝有單縫的短圓筒、裝有雙縫的長(zhǎng)圓筒，長(zhǎng)、短圓筒套接為一體。展示臺(tái)的攝像頭對(duì)準(zhǔn)長(zhǎng)圓筒的末端，展示臺(tái)的視頻輸出傳至電視機(jī)。
裝置的調(diào)整分三步。一是調(diào)整燈泡、單縫、雙縫的位置，使三者等高共線。二是調(diào)間距，即燈泡與單縫相距10cm，長(zhǎng)圓筒末端與攝像頭間距20cm。三是攝像頭的拍攝方位與焦距調(diào)整。應(yīng)先調(diào)焦至廣角，以便能在電視機(jī)屏上觀察到燈泡燈光透過單、雙縫后形成的亮斑的圖象。然后逐步調(diào)焦放大圖像，并微調(diào)拍攝方位，使亮斑變?yōu)楦缮鎴D樣，且始終居于機(jī)屏的中央，直至彩色條紋達(dá)七條以上，并且亮度較大為止。
本演示實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越之處有三點(diǎn)：①能讓教室的每位學(xué)生，觀察白光的雙縫干涉形成的放大的清晰的彩色條紋。②在單縫前分別套上綠色、紅色濾光頭，觀察和比較相同物理?xiàng)l件下形成的綠條紋和紅條紋的間距差異，紅紋間距略大，直觀地說明紅光比綠光的波長(zhǎng)大。③利用展示臺(tái)電視機(jī)展示細(xì)小的單縫、雙縫及組合裝置，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置有清楚的了解。
此實(shí)驗(yàn)在湖北省物理教研會(huì)2002年年會(huì)上展示，贏得了與會(huì)專家一致好評(píng)。
二、光的干涉衍射單元的隨堂分組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)
在光的干涉衍射教學(xué)中，讓學(xué)生在課堂上都動(dòng)手操作觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，無疑會(huì)收到良好的教學(xué)效果。通過自制和組織教具，不難實(shí)現(xiàn)下述兩個(gè)隨堂實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)一：在暗教室里，用眼睛貼近自制的單縫，透過單縫觀察點(diǎn)光源或者線光源的衍射現(xiàn)象。用同樣的方法，透過自制的圓孔、自制的雙縫，分別觀察圓孔衍射現(xiàn)象，雙縫干涉現(xiàn)象。
自制單、雙縫的辦法是：在生物載波片上，貼上一張優(yōu)質(zhì)的不干膠標(biāo)簽。再用小刀刻出單縫和雙縫，縫寬不少于0.2mm，兩縫的縫距不大于0.2mm�？煽坛龆喾N規(guī)格的單縫、雙縫，供比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
自制圓孔的辦法是：用大頭針在厚紙片上刺成大小不一的小圓孔。
設(shè)計(jì)紅、綠色線光源有兩種辦法。其一，在線狀燈泡前加上濾光片；其二，把投影儀的透光玻璃板遮成一條水平狹縫，并在狹縫上蓋上紅色或者綠色的濾光片，使投影儀的燈光變?yōu)橐粭l濾色了的水平光帶投向觀察者，即形成一條水平線光源。此線光源可供更多的學(xué)生同時(shí)利用。
實(shí)驗(yàn)二：用半導(dǎo)體激光器的光束對(duì)準(zhǔn)自制的圓孔、單縫、雙縫，觀察單色光的圓孔衍射現(xiàn)象，單縫衍射現(xiàn)象，雙縫干涉現(xiàn)象。
三、將薄膜干涉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為邊講邊實(shí)驗(yàn)課
實(shí)驗(yàn)有兩項(xiàng)內(nèi)容，觀察液體薄膜的干涉現(xiàn)象，觀察空氣薄膜的干涉現(xiàn)象。選取的實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單，組織方便。
觀察液體薄膜的干涉現(xiàn)象，課本P188已明確了實(shí)驗(yàn)方法，但準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的肥皂液的制作有一個(gè)便捷的
方法。即采用如下體積比配制：甘油：洗潔精：水=1/4 ：1：10。所配制的溶液在鐵環(huán)上形成的液體薄膜的厚度均勻，壽命長(zhǎng)，大大改善實(shí)驗(yàn)效果。
觀察空氣薄膜的干涉現(xiàn)象，不局限于牛頓環(huán)現(xiàn)象，只是利用兩塊載玻片，規(guī)格為75.0 mm×25.0 mm×2.0mm。用透鏡紙將載玻片擦凈，然后把兩載玻片合攏，用手使兩載波片間的空氣膜足夠薄，壓緊并相對(duì)摩擦一下，讓自然光經(jīng)玻片反射到人眼，即可看見形狀各異的彩色干涉花紋。若在兩玻璃片之間用很少的油，壓緊并相對(duì)摩擦一下，形成油膜，則觀察薄膜干涉條紋更容易。若改用酒精燈鈉焰（火焰上灑了食鹽），則能觀察到黃條紋。如果擠壓力越大，擠壓處的條紋就越寬。實(shí)驗(yàn)貼近生活，簡(jiǎn)單明了。
四、泊松亮斑實(shí)驗(yàn)
180多年前為證實(shí)菲涅耳光的波動(dòng)理論而做的有名的泊松亮斑實(shí)驗(yàn)，我們教學(xué)多年來始終不能再現(xiàn)，經(jīng)過摸索，我們解決了如下幾點(diǎn)：①用直徑5mm以下的鋼球代替圓盤；②用磁鐵吸引大頭針，大頭針尖吸引鋼球懸掛；③用氦氖激光光源照射鋼球，調(diào)整好球離光源的距離3m以上，使激光束略大于鋼球截面，激光束蓋過鋼球后，在5m以外的白屏上形成球的陰影。實(shí)驗(yàn)果然成功，球影中心有一個(gè)圓形亮斑，并且有許多同心圓環(huán)，使學(xué)生確信光是一種波。
以上改進(jìn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有不妥之處，敬請(qǐng)讀者指點(diǎn)。
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