于勝義

摘要：光的衍射現(xiàn)象在日常生活中比較少見，學(xué)生對衍射現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)完全依賴于實(shí)驗(yàn).因此，成功地做好衍射演示實(shí)驗(yàn)。能幫助學(xué)生正確理解光的本質(zhì).在高中物理教學(xué)中，光的衍射演示實(shí)驗(yàn)，存在只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行并且演示效果不明顯的問題，而且由于相關(guān)器材較貴，不能讓每個(gè)學(xué)生親自動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn).本文提出一些簡單易行且效果明顯的可供課堂使用的演示實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，更好地掌握光的本質(zhì)等知識(shí).

關(guān)鍵詞：光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)；衍射

高中學(xué)生需要通過觀察光的衍射現(xiàn)象，知道光的衍射概念及產(chǎn)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，能用衍射知識(shí)對生活中的現(xiàn)象進(jìn)行解釋和分析.所以，高中教學(xué)的目標(biāo)主要是使學(xué)生從感性方面認(rèn)識(shí)光的干涉衍射現(xiàn)象，并對光的波動(dòng)性有一定的認(rèn)識(shí).

為此，在教學(xué)中，教師做一些簡單易行且效果明顯的供課堂使用的演示實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步幫助學(xué)生理解光的波動(dòng)性.

1用激光筆、易拉罐制作衍射實(shí)驗(yàn)

在做光的楊氏干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一束光先后通過單狹縫和雙狹縫，在屏上即可得到干涉圖樣.單縫的作用是用來獲得一束頻率相同的光，雙縫的作用是用來獲得兩束相干光源.其實(shí)，這樣獲得的兩束光頻率不會(huì)完全相同，且光的強(qiáng)度明顯變?nèi)酰玫降母缮鏃l紋不清晰.使用激光代替普通光源，做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，效果明顯.

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示.實(shí)驗(yàn)器材有廢棄易拉罐，激光筆，剪刀，美工刀或小刀，直尺（鐵尺）等.

1.2單縫的制作及實(shí)驗(yàn)過程

用剪刀從易拉罐上剪下兩個(gè)長方形鋁片，將它四周的棱角剪去，以免傷人.將直尺放在一片鋁片平分線處，用剃須刀片沿直尺（最好用鐵尺）用力輕劃鋁片，經(jīng)多次劃過鋁片，可得一條細(xì)狹縫（圖2）.

用激光筆平行照射單縫，調(diào)節(jié)縫與屏的距離，在適當(dāng)位置可觀察到衍射現(xiàn)象.用這種方法所得到的衍射現(xiàn)象都很明顯.

1.3實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)與注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：原理簡單，取材方便；操作方便，激光具有相干性強(qiáng)單色性好、平行度好、方向性強(qiáng)、亮度高等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)成功率極高；在教室便可觀察到現(xiàn)象.

注意事項(xiàng)：刻小縫要保持小縫盡量直且窄，可多次制作取最佳縫進(jìn)行實(shí)驗(yàn).不能用力太大一次割破，否則鋁片會(huì)因?yàn)榱^大而使縫的鋁片不均勻或斷裂.鋁片的棱角鋒利，都要去除，以免棱角會(huì)傷人.

2利用教學(xué)用具做光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)

2.1裝置

單縫衍射器材制作示意圖，如圖3所示.

2.2實(shí)驗(yàn)器材

透明膠，硬紙片，鐵直尺，鉛筆，激光筆，接收白屏（可用墻或白紙代替）.

2.3實(shí)驗(yàn)過程

取兩個(gè)學(xué)生用尺、鐵直尺或不透明塑料直尺，在其中一條直尺兩端分別繞兩圈透明膠，然后取另一塊直尺，將兩塊直尺用透明膠兩邊粘在一起成為單縫.制作好后可將硬紙片粘在尺子兩端，起到固定作用.透明膠以0.03mm-0.05mm為宜，如圖所示.

另一種方法制作單縫，還可以用兩支鉛筆，同上將其中一支鉛筆兩端分別繞兩圈透明膠，然后再將兩支鉛筆的某一側(cè)面緊貼在一起，再將兩端粘在一起、固定.兩個(gè)側(cè)面間的縫隙可作為單縫.

用激光筆分別照射直尺做的單縫與鉛筆做的單縫，調(diào)節(jié)屏與縫間的距離（一米以內(nèi)為宜），均可收到很好的效果，衍射現(xiàn)象非常明顯.

使用紙片固定直尺，以免兩片直尺在移動(dòng)過程中受外力作用而互相遮擋.如果沒有六棱鉛筆，圓形鉛筆或其它不透明邊緣平直的兩支筆都可完成本實(shí)驗(yàn).

3用汽水瓶蓋、激光筆做圓孔衍射實(shí)驗(yàn)

在做光的楊氏干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一束光先后通過單狹縫和雙狹縫，在屏上即可得到干涉圖樣.通常做實(shí)驗(yàn)中使用狹縫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是制作狹縫的難度比較大，所以，在上課前也可以制作單孔、雙孔進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)及衍射實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠更真切地體會(huì)到縫與孔的干涉衍射現(xiàn)象的區(qū)別.

3.1裝置

用汽水瓶蓋做孔的衍射實(shí)驗(yàn)如圖4所示.

3.2買驗(yàn)器材

汽水瓶蓋、針或錐子、激光筆、白色屏、蠟燭.

3.3實(shí)驗(yàn)過程

使用針或錐子將廢棄汽水瓶蓋上鉆一個(gè)盡量小的孔.如果直接使用針或錐子鉆孔很容易使孔不平整.為此，我們使用點(diǎn)燃的蠟燭加熱針或錐子，很容易地制作出與針或錐一樣圓的孔.制作第一個(gè)孔用于做單孔衍射實(shí)驗(yàn).

使用激光筆照射單孔，適當(dāng)調(diào)節(jié)孔與屏間的距離，便可在屏上觀察到衍射現(xiàn)象.

在制作雙孔的時(shí)候，要盡量使兩小孔的距離小，使小孔盡量等大.使用蠟燭加熱時(shí)，應(yīng)該稍微加熱便鉆孔，否則容易在瓶蓋上鉆出不規(guī)則的大孔.endprint