声学光学中的实验改进与创新

朱红

摘要：介绍了用激光笔改造声学和光学中一些实验的设计思想与具体的方法。

关键词：声学；光学；激光笔；实验

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1003-6148(2012)1(S)-0057-3

为了更好地开展科学课程的教学，培养学生的创新精神和实践能力，我们在开发和改进声学和光学实验上作了一些尝试。

1声

声是常见的现象之一。声音是以物体振动发生，并以声波形式传播，真空不能传声，这对初中生来说十分抽象。很多教材用音又振动引起小球振动，说明发声体的振动，但是球的振动与音叉振动往往不合拍，实验效果不理想。我们利用生活中的一些简单材料自制教具，实验新颖、生动、现象明显，达到良好的教学效果。

1.1声音产生

(1)器材电源、喇叭、小平面镜、激光笔、铁架台。

(2)制作方法喇叭上粘上一块小的平面镜，并用支架把喇叭固定。

(3)设计意图激光笔发出的光通过平面镜反射到墙面形成光点。当喇叭振动，墙面的光点将振动放大，使学生在听到声音的同时直观地看到光点的跳动形成不同的图形。从而说明发声的物体在振动，使实验生动、直观、新奇。

(4)步骤与现象

①在喇叭的正前方用铁架台固定激光笔(图1)。激光笔射出的光经平面镜反射到对面的墙上，形成光点。

②接通喇叭的电源，喇叭发出声音，观察墙上的光点不停跳动形成不同图形；切断电源，发声停止，光点跳动也随即停止。

1.2声音的传播

(1)器材纸筒、气球(橡皮膜)、双面胶、盖玻片、激光笔。

(2)制作方法取纸筒，去底和盖，一端用橡皮膜蒙上，在橡皮膜上用双面胶粘上盖玻片(图2)。

(3)设计意图激光笔发出的光通过盖玻片反射到墙壁上形成光点。人发声时的振动通过空气传给橡皮膜上的盖玻片，引起盖玻片的振动，盖玻片的振动使反射到墙上的光点位置发生变化。从而帮助学生认识声源处的振动能被空气等介质向外传播，建立声波的模型。

(4)步骤与现象①一人持激光笔不动(用铁架台固定更好)，使激光通过盖玻片的反射照到墙上，在墙上产生一光点。另一人在纸筒的另一端发声。②随着橡皮膜的振动，墙上的光点跳动形成不同的图形。

1.3真空不能传声

(1)器材大号塑料注射器2个、注射用针头、输液管、输液阀门、小闹钟一个、细漆包线、塑料软管一小段、502胶水一支、铁钉一枚、凡士林。

(2)制作方法(图3)①将小闹钟拆开，取下小喇叭，用两根细漆包线分别在小喇叭上焊接好。将一个注射器的活塞取下，喇叭放入针筒。②将两根细漆包线的另一端依次穿过一小段软管(软管长度约为注射器长度1／2～1／3)、注射器，焊接在小闹钟的原电路上。③剪一小段输液管，在输液管上安装好输液阀门，再把输液管的另一端紧套在注射器上，用502胶胶好密封。在活塞的密封环上涂上凡士林以保证密封。④将该注射器活塞的密封环拉至顶端(注意不可拉出)，然后在靠近注射器圆筒口处活塞的芯杆中间横穿一小孔，以便能用铁钉穿过芯杆上的小孔，将活塞卡住同定。

(3)设计意图放于针筒内的闹钟发生器发卢，因为针筒内有空气，听到声音。接下来首先该针筒活塞推到底，再用另一个注射器将该注射器内剩下的空气抽尽，最后将该注射器的活塞拉至顶端，使注射器的密闭空间形成接近真空的状态，如果让发生器悬空放置，就听不到声音。再把空气放入针筒，又听到声音。通过对比，说明真空不能传声，声音传播需要介质。

(4)步骤与现象①将小喇叭装上电池(或闭合开关)，可以听到注射器内小喇叭发出“滴滴滴”的响声。②将该注射器的活塞推到底，再用另一个注射器将该注射器内剩下的空气抽尽，将输液阀门关闭。③将该注射器的活塞拉至顶端，用铁钉穿过芯杆上的小孔，将活塞卡住固定。④将小喇叭调至注射器圆筒中空部位，则听不到小喇叭的响声(真空不能传声)；若将小喇叭与注射器筒壁接触，则仍可听到小喇叭的响声(固体可以传声)。⑤将输液阀门稍微打开，可听到小喇叭的声音从无到有逐渐增大。

2光

光也是常见的现象之一。光的直线传播规律的条件是均匀介质，很多教材都是直接观察光在同一种均匀介质中传播路径就得出结论，如果对比光在均匀和不均匀介质中传播路径得出结论，效果会更好。

2.1光的直线传播

(1)器材激光笔(建议功率为300mw以上)、铁架台、透明无机玻璃水缸(长60cm、宽5cm、高30cm)、海波、清水。

(2)设计意图光通过不均匀的液体，光的传播路线是弯曲的；搅拌使液体均匀，光的传播路线变成直线。通过对比说明光在同一种均匀介质中沿直线传播，更加科学、严谨，学生对规律的理解更加深刻。

(3)步骤与现象①在玻璃缸中倒入三分之一的水。②配置500ml的海波溶液。③将海波溶液倒入到装有水的玻璃缸，形成不均匀的液体。④用铁架台固定激光笔，将激光从水缸的下部位置，从下往上射入，可观察到光在不均匀的溶液中是沿曲线传播的(图4)。⑤用玻璃棒将不均匀的溶液充分搅拌均匀，可观察到光又沿直线传播(图5)。

2.2探究地面上的圆形光斑是什么

(1)器材有四个圆形LED灯的小夜灯、无孔的黑卡纸若干、白光屏、支架

(2)制作方法黑卡纸分别刻三角形、圆形、菱形大孔。小夜灯较重，安装在支架上容易倒，另用木板制作底座，支撑住小夜灯，如图6。

(3)设计意图探究地面上的圆形光斑是什么，需要在阳光底下做这个实验。用夜灯代替太阳做光源，观察光源通过小孔在屏上形成的像，实验不受天气的影响。而且实验器材简单易得，可用来做随堂实验。一个圆形的LED灯发出的光通过不规则的小孔在光屏上形成圆形的光斑，说明光斑是圆形灯的像。通过遮盖四个LED灯的其中一个，观察小孔成的像，还可以得出像与物的特点。

(4)步骤与现象：

(一)探究圆形光斑是什么?

①其中三个光源用黑卡纸遮住，只露出一个圆形光源，并取不同形状大孔的卡纸，让光分别透过它们，观察在屏上光斑的形状。②用无孔的卡纸遮去上述大孔的一部分，边慢慢移动卡纸使孔变小，边观察屏上是否会出现圆形光斑。③观察光斑、小孔以及光源的形状，可观察到屏上的圆形光斑与光源的形状相似。由此可得出圆形光斑是圆形的夜灯通过小孔所成的像。

(二)探究小孔成像的特点

①将刻有大孔的黑卡纸换成有小孔的黑塑料板。②揭掉小夜灯上的黑卡纸，将四个圆形光源全部露出来。③用手指分别遮住上、下、左、右的小光源，观察四种情况下在光屏上的成像特点。可观察到小孔所成的像与物是上下颠倒、左右相反。