一種光的衍射教學(xué)演示儀

林 珠 王 格 彭保進(jìn) 鄭圓成

（浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院，浙江 金華 321004）

現(xiàn)行人教版高中《物理》選修3-4教材中，對“光的衍射”這一節(jié)的處理往往是基于單縫衍射、圓孔衍射和圓盤衍射3個實(shí)驗(yàn)，以此說明光發(fā)生明顯衍射的條件和現(xiàn)象，不具新意.在實(shí)際教學(xué)過程中，由于所需儀器昂貴、操作過程復(fù)雜、現(xiàn)象不明顯等原因，很多教師在課堂中往往不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，而是通過課件里的圖片進(jìn)行說明、講解過程.另一方面，所列舉的衍射現(xiàn)象無非就是單縫衍射、泊松亮斑等，不具新意.

基于以上現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)利用光的衍射的原理及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種具體操作簡單方便、效果明顯、成本較低的教學(xué)演示儀用于課堂教學(xué).與此同時，加深學(xué)生對光的衍射的理解，豐富課堂內(nèi)容，使課堂教學(xué)充滿生氣.

1 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)采用惠更斯-菲涅耳原理：任何時刻波面上的每一點(diǎn)都可以作為次波的波源，各自發(fā)出球面次波；在以后的任何時刻，所有這些次波波面的包絡(luò)面形成整個波在該時刻的新波面，在障礙物外的光場中任一點(diǎn)的光振動為

其中C為比例系數(shù)，K（θ）為傾斜因子.

傳統(tǒng)衍射實(shí)驗(yàn)一般都是讓激光器射出激光，照在表面被挖出形狀的擋板上，最后在接受屏上觀察現(xiàn)象.而本實(shí)驗(yàn)用520～570nm激光筆代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的激光器，用針頭擠出的污水滴代替擋板，用墻代替接受屏.打開激光器后，激光將繞開污水滴發(fā)生菲涅耳衍射.由此，在接受屏（或墻）上就會出現(xiàn)明顯的衍射圖樣，甚至能看到微生物.

圖1

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，（1）滑軌；（2）遠(yuǎn)紅外石英管固定卡子；（3）激光指示器；（4）滑塊；（5）懸掛架；（6）針筒；（7）接收屛或墻.

2 實(shí)驗(yàn)方法

將裝置按圖1所示固定，放置在光線較暗的教室里.用針筒吸入所需觀察的污水并放置于懸掛架上，輕推針筒推桿，使針筒頭部懸掛一滴體積最大的污水滴.調(diào)節(jié)針筒高度，使水滴和激光筆光路保持在同一水平線上.打開激光筆，通過滑動裝置1（滑軌）調(diào)節(jié)裝置離光屏（或墻）的距離，直至成像效果最清晰.