例談如何利用簡易裝置得到光的衍射現(xiàn)象

黃佳麗

摘 要：在物理教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)以其直觀、省時(shí)和易于配合講解等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用.許多學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)室都配有大量的演示實(shí)驗(yàn)器材，但正是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材過于優(yōu)化，學(xué)生所學(xué)的知識(shí)僅僅局限在教材上，很難將知識(shí)遷移到生活中.如何才能利用生活中常見的物品，科學(xué)、高效的設(shè)計(jì)和制作演示實(shí)驗(yàn)儀器，并且讓每位學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，是值得大家共同探討的問題.本文以光的衍射實(shí)驗(yàn)為例，鼓勵(lì)學(xué)生利用生活中常見的材料，進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

關(guān)鍵詞：光的衍射；簡易實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)與制作

光在學(xué)生的生活中并不陌生，但是在學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)中，光都是沿直線傳播的，光的衍射比較難理解.那么如何讓學(xué)生體會(huì)到衍射現(xiàn)象呢？物理實(shí)驗(yàn)室有成套的實(shí)驗(yàn)儀器，例如分光計(jì)進(jìn)行光柵衍射實(shí)驗(yàn)，利用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯，效果很好，而且能夠測(cè)得光柵常量.然而大部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室只有較簡單的光柵裝置，利用激光筆和光柵，也能得到衍射圖樣.但是實(shí)驗(yàn)課堂中學(xué)生對(duì)光柵的結(jié)構(gòu)并不清楚；同時(shí)還有部分學(xué)校缺乏實(shí)驗(yàn)器材.這就需要學(xué)生自己動(dòng)手制作一個(gè)簡易的光柵.通過制作簡易光柵，有助于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，也有助于學(xué)生將書本知識(shí)與實(shí)際生活相聯(lián)系，從而多角度地掌握光的衍射.

1 利用激光筆和平面鏡進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)

將鏡子鍍銀那一面用剃須刀劃一條單縫，用激光筆發(fā)出激光投射在單縫上，觀察在墻上形成的圖樣.

2 利用激光筆和頭發(fā)進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)

光的衍射現(xiàn)象是指光可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，那么光除了可以通過上述的狹縫，能不能繞過細(xì)小的發(fā)絲呢？將頭發(fā)絲拉直，用激光直接照射到發(fā)絲上，觀察光在墻上的投影，同樣可以在較近的距離內(nèi)看到明顯的衍射圖樣.按照本實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，那么將頭發(fā)絲換成其他類似的物品，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同樣可以觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.

3 利用激光筆和CD光盤進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)

利用CD光盤制作光柵并非是在光盤上刻狹縫.我們常見的CD光盤非常薄，它只有1.2mm厚，但卻包括了很多內(nèi)容.分析光盤的結(jié)構(gòu)可以知道CD光盤由透明的基層、記錄層、反射層、保護(hù)層和標(biāo)簽印刷層構(gòu)成.其中記錄層上有無數(shù)個(gè)及其微小的長短不一的凹坑和非凹坑組成的螺旋光道上，相鄰光道間的距離為1.6μm，這些光道放在一起相當(dāng)于一個(gè)光柵.

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將CD光盤固定正對(duì)墻壁，讓激光直接照射到光盤上，則可在墻上觀察到反射光的衍射圖樣.這就是反射光柵做光的衍射實(shí)驗(yàn)（如圖1所示）.

用CD光盤做反射光柵演示光的衍射現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)操作不便而且較難解釋清楚.光盤能否像實(shí)驗(yàn)室的光柵那樣做透射光柵呢？實(shí)驗(yàn)時(shí)，可用透明膠布粘住光盤的背面（印刷層或者保護(hù)層），再撕開，即可將光盤從反射層和印刷層從光盤上剝離，留下記錄層和基層.接下來可以用激光照射，即可得到明顯的衍射現(xiàn)象（如圖2所示）.

查閱光盤的結(jié)構(gòu)和原理，作者發(fā)現(xiàn)不僅CD光盤可以用來制作光柵，DVD光盤也可以.根據(jù)DVD光盤的原理，可以用小刀將DVD光盤從中間分成兩層，經(jīng)實(shí)驗(yàn)其中透明的一層也可以作為光柵使用.

只要狹縫的寬度跟波長比，比波長小或者相差不大時(shí)就可以演示明顯的衍射現(xiàn)象.其中CD光盤的狹縫只有1.6μm，衍射現(xiàn)象最為明顯.從實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)儀器的準(zhǔn)備上而言，自己制作的光柵簡單便捷，學(xué)生能夠較快地得到，而且制作過程并不復(fù)雜.有利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力，并將書本上的知識(shí)順利地聯(lián)系到日常生活中.

《浙江省普通高中學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)意見》中指出《光的衍射》教學(xué)要求為：了解光的衍射現(xiàn)象，知道衍射條紋的特點(diǎn)；知道光產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件.因此，利用簡易裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)已經(jīng)可以達(dá)到《教學(xué)指導(dǎo)意見》的教學(xué)目標(biāo)要求.

物理本身是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理的很多定理或定律來源于實(shí)驗(yàn)，一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)物理情景.新課標(biāo)背景下的物理課堂要體現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，其奧秘在于“師生角色的轉(zhuǎn)換”，變學(xué)生的被動(dòng)學(xué)為學(xué)生課堂的主動(dòng)參與.讓學(xué)生親身去經(jīng)歷知識(shí)的形成過程，在歡樂的課堂氛圍中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)以致用.那么，讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，而且利用的器材是身邊常見的物體，這將是一個(gè)很好的方式.這不僅可以較好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且有利于將教材上的知識(shí)遷移到具體的生活中，并且這將是一個(gè)契機(jī)激發(fā)學(xué)生去探索生活和大自然.

參考文獻(xiàn)：

[1]郭寶寶.物理演示實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)與制作.[D].遼寧：遼寧師范大學(xué)，2011.