物理教學中一物多用之激光筆篇

摘? ?要：利用激光筆巧妙地改進了幾個實驗，包括光的干涉、測量光的波長、光的衍射。實驗現(xiàn)象非常明顯，效果較好。

關(guān)鍵詞：激光筆;一物多用;創(chuàng)新實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）1-0053-3

為了充分發(fā)揮某一實驗器材的作用，很多教師都會一物多用[1，2]，即利用同一個實驗器材設(shè)計不同的物理實驗，在減少實驗費用的同時還可以更好地為教學服務(wù)。激光具有可調(diào)諧、方向性好、強度大、相干性好等優(yōu)點，利用激光做各種光學實驗效果比普通光源要好得多。本文利用激光的這些優(yōu)點改良與創(chuàng)新了幾個光學實驗，以供參考。

1? ? 研究光的干涉和測量光的波長

實驗器材：雙縫、激光筆（紅光、綠光和藍紫光三只）、皮尺（最長可測4米）、支架、毫米刻度尺。

實驗過程：如圖1所示[圖1（a）是原理圖，圖1（b）是實物圖]，將激光筆和雙縫放在支架上，調(diào)節(jié)好兩者間的位置使激光能通過雙縫，再將兩者固定在支架上。將雙縫對準墻面（離墻距離l=2.5 m），可以清晰地看到干涉條紋（光的干涉得到了明暗相間的條紋，亮條紋和亮條紋、暗條紋和暗條紋的寬度相同）。

探究1 相鄰?fù)N條紋間距（Δx）的影響因素（l、d和λ）

（1）探究條紋間距與雙縫離墻的距離l的關(guān)系

保持雙縫間距（d=0.20 mm）和波長（紅光λ=650 nm）不變，通過改變雙縫離墻的距離l，用刻度尺量出5條亮條紋之間的距離x，再算出相鄰亮條紋之間的距離Δx，記錄到表1中。以雙縫離墻的距離l為橫坐標、相鄰亮條紋之間的距離Δx為縱坐標，通過Excel描點作圖，得到圖2。

（2）探究條紋間距與雙縫間距d的關(guān)系

保持雙縫離墻的距離（l=3.00 m）和波長（紅光λ=650 nm）不變，通過改變雙縫間距d，用刻度尺量出5條亮條紋之間的距離x，再算出相鄰亮條紋之間的距離Δx，記錄到表2中。以雙縫間距d的倒數(shù)為橫坐標、相鄰亮條紋之間的距離Δx為縱坐標，通過Excel描點作圖，得到圖3。

（3）探究條紋間距與入射光波長λ的關(guān)系

保持雙縫間距（d=0.20 mm）和雙縫離墻的距離（l=3.00 m）不變，通過改變?nèi)肷涔獠ㄩLλ，用刻度尺量出5條亮條紋之間的距離x，再算出相鄰亮條紋之間的距離Δx，記錄到表3中。以入射光波長λ為橫坐標、相鄰亮條紋之間的距離Δx為縱坐標，通過Excel描點作圖，得到圖4。

實驗結(jié)論：利用激光筆能很好地觀察到光的干涉現(xiàn)象，實驗效果非常明顯，與利用光的干涉演示儀相比更直觀，現(xiàn)象更明顯。探究（1）保持雙縫間距d和波長λ不變時，得到Δx與l成正比關(guān)系，即Δx∝l;探究（2）保持雙縫離墻的距離l和波長λ不變時，得到Δx與d成反比關(guān)系，即Δx∝1/d;探究（3）保持雙縫間距d和雙縫離墻的距離l不變時，得到Δx與λ成正比關(guān)系，即Δx∝λ。由此可以得到條紋間距Δx與l、d和λ的關(guān)系，即Δx∝λl/d，寫成等式為Δx=λl/d。

探究2? 測量紅光的波長

通過改變雙縫離墻的距離和雙縫間的距離來實現(xiàn)多次測量（見表4），代入λ=dΔx/l計算出波長，其中d是雙縫間的距離，Δx是相鄰亮條紋間的距離[為了減小誤差，用游標卡尺測出n條（本實驗n=5）亮條紋間的距離x，再算出Δx=x/（n-1）]，l是雙縫到墻之間的距離，再取平均值得到波長。

實驗結(jié)論：該實驗是利用光的干涉測量入射光的波長。通過改變雙縫間距和雙縫到墻的距離實現(xiàn)多次測量再取平均值的方法測得入射光的波長為659 nm（實驗中紅色激光的波長為650 nm，與實際值相比誤差為1.4%），效果非常好。

2? ? 研究光的衍射

實驗器材：

兩張名片、激光筆（紅色和綠色兩只）、泡沫板（10 cm×2 cm×2 cm）、夾子、小刀。

實驗過程：如圖5所示，先用小刀在泡沫板上刻出深度約0.5 cm的淺縫（縫的寬度要跟名片的厚度差不多），用夾子夾住名片，再塞到泡沫板的淺縫中，注意要使名片的上下縫的寬度不同（上面窄，下面稍微寬點，最寬也不要超過1 mm），用激光筆緩慢從縫的下邊向上移動照射細縫時，可以得到圖6的圖像（a圖、b圖、c圖對應(yīng)激光筆照射縫的下邊、中間、上邊）。

實驗結(jié)論：該實驗演示了光通過單縫時發(fā)生明顯光的衍射現(xiàn)象，且探究了光的衍射與縫寬度的關(guān)系，實驗可以發(fā)現(xiàn)縫的寬度越小，衍射的現(xiàn)象就越明顯，且中間條紋寬度越寬，但亮度卻變暗。如果用紅光和綠光在同一細縫處照射，可以發(fā)現(xiàn)紅光的衍射現(xiàn)象比綠光的衍射現(xiàn)象明顯，因為紅光的波長長，更容易發(fā)生衍射。

上面介紹了利用激光改良與創(chuàng)新的幾個實驗，實驗效果很明顯，取得了很好的實驗效果，有利于學生對相關(guān)知識的理解。在平時的教學中，物理教師可以在這些方面做更多的研究，設(shè)計更多、更好的實驗為自己的教學服務(wù)。

參考文獻：

[1]沈祖榮.智能手機增強物理演示實驗教學功效案例舉隅[J].中學物理，2019，37（11）：40-42.

[2]于淼.幾個利用變壓器的低成本實驗[J].中學物理教學參考，2017，46（11）：68-70.

[3]陳雷，李冰.智能手機在高中物理教學中應(yīng)用兩則[J].中學物理，2019，37（11）：43.

（欄目編輯? ? 王柏廬）