幾個物理光學(xué)實驗的改進(jìn)與設(shè)計論文
高二物理光學(xué)部分，理論性強、內(nèi)容抽象。在教學(xué)中，做好實驗?zāi)芴岣呓虒W(xué)效果。這里，我們改進(jìn)、設(shè)計了幾個實驗，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驗有兩種方法，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驗，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，我們設(shè)計了用多媒體手段觀察雙縫干涉條紋實驗，即用視頻展示臺拍攝條紋，用電視機或投影機播放，取得了較好的實驗和教學(xué)效果。
改進(jìn)的雙縫干涉演示實驗所需的器材為：學(xué)生分組用雙縫干涉儀的部分套件（0.2mm雙縫、單縫、長圓筒、短圓筒、兩個支架、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（或者投影機），清晰度高于400線的視頻展示臺（或者攝像頭），實驗場所的光線不需太暗。
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、裝有雙縫的長圓筒，長、短圓筒套接為一體。展示臺的攝像頭對準(zhǔn)長圓筒的末端，展示臺的視頻輸出傳至電視機。
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。
本演示實驗的優(yōu)越之處有三點：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條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大。③利用展示臺電視機展示細(xì)小的單縫、雙縫及組合裝置，使學(xué)生對實驗裝置有清楚的了解。
此實驗在湖北省物理教研會2002年年會上展示，贏得了與會專家一致好評。
二、光的干涉衍射單元的隨堂分組實驗的設(shè)計
在光的干涉衍射教學(xué)中，讓學(xué)生在課堂上都動手操作觀察到實驗現(xiàn)象，無疑會收到良好的教學(xué)效果。通過自制和組織教具，不難實現(xiàn)下述兩個隨堂實驗。
實驗一：在暗教室里，用眼睛貼近自制的單縫，透過單縫觀察點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，供比較實驗現(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)生同時利用。
實驗二：用半導(dǎo)體激光器的光束對準(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、將薄膜干涉實驗設(shè)計為邊講邊實驗課
實驗有兩項內(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。選取的實驗器材簡單，組織方便。
觀察液體薄膜的干涉現(xiàn)象，課本P188已明確了實驗方法，但準(zhǔn)備實驗所需的肥皂液的制作有一個便捷的
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，大大改善實驗效果。
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。實驗貼近生活，簡單明了。
四、泊松亮斑實驗
180多年前為證實菲涅耳光的波動理論而做的有名的泊松亮斑實驗，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：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。實驗果然成功，球影中心有一個圓形亮斑，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)計實驗有不妥之處，敬請讀者指點。
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