浅谈高中物理光的衍射实验自制实验器材

于胜义

摘 要：随着中国经济的发展，高中物理教学对實验的重视程度越来越高。目前，实验教学方式常常有：教师以讲代做、以画图代做、以多媒体动画视频或录像代做等。高中物理教学中配有使用宽度可调节的单缝进行衍射实验，该实验可以让学生对缝的宽度与衍射现象有感性的认识；并在学生实验中让学生使用镜子制作单缝进行衍射实验，进一步观察衍射现象。讲述两种自制器材做光的衍射实验。

关键词：高中物理；光学；实验；衍射；自制器材

光的衍射实验，应该由实验室教学与课堂教学相结合的方式帮助学生深刻地认识光的波动性。

通过观察现象、进行演示和学生实验，学生可以对物理事实获得具体、明确的认识，这是理解概念和规律的基础。观察、实验对于培养学生观察和实验的能力，培养学生实事求是的科学态度，激发学生学习兴趣具有极为重要的作用。因此，要大力加强光的干涉衍射的演示和学生实验。

对于衍射实验，教学中配有使用宽度可调节的单缝进行衍射实验，该实验可以让学生对缝的宽度与衍射现象有感性的认识；并在学生实验中让学生使用镜子制作单缝进行衍射实验，进一步观察衍射现象。对光的衍射，学生需要通过观察光的衍射现象，知道什么是光的衍射及产生明显衍射现象的条件，能用衍射知识对生活中的现象进行解释和分析

一、用手电筒或蜡烛做光的衍射实验

上面的实验都要使用激光做单缝或双缝实验，但是学生一般没有激光笔，只能由教师在课堂上做演示实验，学生如果没有激光笔不能做实验。为此，不用激光做此实验也可以成功观察到衍射实验现象。

1.实验装置

如图1所示。

2.实验器材

蜡烛、纸、铅笔、橡皮筋。

3.实验过程

将两只圆柱形的新铅笔并齐，两头用橡皮筋匝紧（用两手捏着也行），在铅笔两端夹上叠好的纸条，夹入不同层数的纸条，可以在两铅笔中间形成不同宽度的狭缝，一般纸的厚度为0.07 mm左右，夹入7层厚的纸条，便可得到一条约0.5 mm的狭缝。

眼睛紧贴狭缝，且让狭缝与蜡烛光上下保持平行，在离蜡烛约1 m远处观察，便可以看到清晰而明亮的彩色条纹（主要为黄光），跟课本上白光的衍射图样相似，实验效果较好。

4.实验优点与注意事项

实验优点：用蜡烛做光的衍射实验，取材便利，操作简单；在铅笔间夹纸的方法能观察不同宽度的狭缝，更换方便。

注意事项：使用蜡烛作光源实验效果没有激光好，但同样可以观察到衍射现象。这需要学生更为耐心地观察，在教室里较暗的时候效果更佳。

二、泊松亮斑

用一束平行的单色光，照射一片不透明的圆板，圆板后面会出现阴影。当圆板的直径缩小到一定程度时，阴影变成一圈圈明暗相间的条纹，有趣的是不透明的圆板阴影中心却是一个亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”实验。“泊松亮斑”实验有力地证明了光的波动理论，可极大地激发学生的好奇心，对学生理解光的波动理论和激发兴趣起着相当重要的作用。目前，完成本实验中学还没有配套的设备，所以，我们在这里使用身边能找到的器材做此实验。

1.实验装置

如图2所示。

2.实验器材

凹透镜（或近视眼镜片）、小钢珠、激光笔、磁铁、铁丝、屏。

3.实验过程

如果使用圆板做本实验，需要条件是被照射的圆板直径要相当小，且表面相当光滑才行，否则不可能产生衍射现象，而直径太小又不容易夹持和固定，这些都是实验的难点。制作边缘光滑的圆盘非常困难，所以在此处使用钢珠代替，钢珠表面十分光滑，非常适合做此实验。

被照物用直径较小的钢珠（自行车脚踏内的钢珠），把钢丝夹持到铁架台上。为固定钢珠，本实验使用钢丝吸引磁铁，再使用钢丝吸引住钢珠。

这时，用激光笔光束透过凹透镜或眼镜片，使光束发散，易使光束大于钢珠直径，离钢珠2米左右照射钢珠。只要光束能正照钢珠，适当调节，“泊松亮斑”定会出现在屏幕上。

4.实验优点与注意事项

实验优点：本实验使用钢珠，免去制作圆盘的困难，而实验效果却非常好。使用眼镜片，也很容易得到直径较宽的激光束。同以上实验相似，取材容易，制作简单，实验效果十分明显。

注意事项：磁铁可以使用耳塞里的小磁铁。磁铁吸在钢丝末端，才能吸住钢珠。

本文讲述了两种光的衍射实验的演示，第一个实验使用传统的铅笔、蜡烛等光源进行了实验，实验器材容易获得；第二个实验使用激光笔、磁铁、小钢珠等进行实验，很好地得到了泊松亮斑。这两个实验都让学生深刻感受到了光的衍射现象，为学生自主实验提供了良好的实验器材。

参考文献：

[1]张东.高中物理实验现状与出路初探[J].中学生数理化（学研版），2011.

[2]姚启钧.光学教程[M].高等教育出版社，2008.

编辑 任 壮