自制光沿直線傳播演示儀

湖南省炎陵縣鹿原鎮(zhèn)學(xué)校(412512) 羅玉林

人教版初中物理教材演示光沿直線傳播的實(shí)驗(yàn)，只有光在同一均勻介質(zhì)中傳播的實(shí)驗(yàn)。筆者多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該演示實(shí)驗(yàn)效果不太明顯，有時(shí)為了增強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)效果還要在水中添加牛奶之類的物質(zhì)。在講這節(jié)課時(shí)，經(jīng)常有學(xué)生問(wèn)：“光在不均勻介質(zhì)中又會(huì)怎樣傳播呢?”為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)光沿直線傳播的感性認(rèn)識(shí)，筆者設(shè)計(jì)制作了演示教具“光沿直線傳播演示儀”并用于教學(xué)，它可以綜合演示光在同一均勻介質(zhì)和同一不均勻介質(zhì)中的傳播。解決了教材中只能演示光在同一均勻介質(zhì)(水)中傳播的難題，且可通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷光是否沿直線傳播，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

1 “自制光沿直線傳播演示儀”的設(shè)計(jì)圖和實(shí)物圖

1.1 設(shè)計(jì)圖

演示儀設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)圖1

1.2 實(shí)物圖

演示儀實(shí)物圖如圖2所示。

2 使用材料和制作方法

2.1 使用材料

廢舊日光燈管、木架、激光筆、紅外線報(bào)警器、光屏、蚊香、透明膠帶等。

2.2 制作方法

圖2 演示儀實(shí)物圖

首先，如圖2所示，利用木材制作演示儀的支架和底座，在選取木材時(shí)，要盡量選取大小和粗細(xì)相同的木條、木板，確保演示儀底座水平、支架等高，利用鉚釘將木材串聯(lián)固定。再對(duì)廢舊日光燈管或空心玻璃管進(jìn)行改裝，用工具把燈管兩端的鋁制金屬燈頭撬開(kāi)或切開(kāi)，特別注意不要把燈管玻璃弄碎(燈管內(nèi)含有水銀蒸汽和少量的氬氣，管壁上涂有熒光物質(zhì))。爾后，在廢舊日光燈管里放上點(diǎn)燃的蚊香，讓燈管里充滿蚊香的煙霧，以便更加明顯的顯示實(shí)驗(yàn)效果。同時(shí)，在燈管兩端粘上透明膠帶，并在兩頭的膠帶中央處各鉆一個(gè)適當(dāng)大小且等高的圓洞，便于光線從洞口射入(射出)。

其次，在水平位置上，利用木架子來(lái)固定廢舊日光燈管。在同一水平高度的位置上，再用木架固定激光筆，使激光筆的光線能夠通過(guò)廢舊日光燈管并射出。

最后，自制一塊白色的光屏，在光屏背后的中心位置安裝好紅外線報(bào)警裝置。調(diào)節(jié)好激光筆、燈管、光屏三者中心在同一高度。

3 使用方法

3.1 演示光在同一均勻介質(zhì)沿直線傳播的實(shí)驗(yàn)

輕輕地按下激光筆的開(kāi)關(guān)，讓激光筆發(fā)射出的光線穿過(guò)廢舊日光燈管的洞口。觀察到廢舊日光燈管中有一條紅色的激光束，非常清晰，實(shí)驗(yàn)效果明顯。還可以在日光燈管里裝滿水，用透明膠帶將兩端密封好，再重復(fù)上一步實(shí)驗(yàn)操作，觀察到光在水中傳播的實(shí)驗(yàn)效果非常明顯。得出結(jié)論：光在同一均勻介質(zhì)中沿直線傳播。

3.2 演示光在不均勻介質(zhì)中不沿直線傳播的實(shí)驗(yàn)

在上圖1的基礎(chǔ)上，在激光筆的下方安放一個(gè)酒精燈并點(diǎn)燃，如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)圖2

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：我們可以隱約看到日光燈管中紅色的激光束在晃動(dòng)，同時(shí)也可以看到白色的光屏上紅色的斑點(diǎn)在隱約晃動(dòng)，隨著時(shí)間的流逝斑點(diǎn)的晃動(dòng)越來(lái)越明顯。同時(shí)，光屏背后的紅外線報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警鈴聲，提示光的傳播方向發(fā)生了偏折。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)用酒精燈在激光筆的下方加熱，可使激光筆周圍的空氣溫度升高，造成周圍空氣密度不均勻，再通過(guò)在白色的光屏上紅色斑點(diǎn)的晃動(dòng)和報(bào)警鈴聲，可以推斷光在不均勻介質(zhì)中不沿直線傳播，進(jìn)而可以反證出光只有在同一均勻介質(zhì)中才會(huì)沿直線傳播。

4 裝置的創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)用性

(1)演示儀使用材料簡(jiǎn)單，操作方法簡(jiǎn)便，拆卸和拼裝容易，便于攜帶。通過(guò)廢物利用，達(dá)到變廢為寶的目的。

(2)實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，綜合性強(qiáng)，能夠同時(shí)演示光在同一均勻介質(zhì)和不均勻介質(zhì)中的傳播情況。

(3)可通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)同時(shí)觀察判斷光是否沿直線傳播。