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物理教学中一物多用之激光笔篇

范文

摘? ?要：利用激光笔巧妙地改进了几个实验，包括光的干涉、测量光的波长、光的衍射。实验现象非常明显，效果较好。

关键词：激光笔;一物多用;创新实验

中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2021）1-0053-3

为了充分发挥某一实验器材的作用，很多教师都会一物多用[1，2]，即利用同一个实验器材设计不同的物理实验，在减少实验费用的同时还可以更好地为教学服务。激光具有可调谐、方向性好、强度大、相干性好等优点，利用激光做各种光学实验效果比普通光源要好得多。本文利用激光的这些优点改良与创新了几个光学实验，以供参考。

1? ? 研究光的干涉和测量光的波长

实验器材：双缝、激光笔（红光、绿光和蓝紫光三只）、皮尺（最长可测4米）、支架、毫米刻度尺。

实验过程：如图1所示[图1（a）是原理图，图1（b）是实物图]，将激光笔和双缝放在支架上，调节好两者间的位置使激光能通过双缝，再将两者固定在支架上。将双缝对准墙面（离墙距离l=2.5 m），可以清晰地看到干涉条纹（光的干涉得到了明暗相间的条纹，亮条纹和亮条纹、暗条纹和暗条纹的宽度相同）。

探究1 相邻同种条纹间距（Δx）的影响因素（l、d和λ）

（1）探究条纹间距与双缝离墙的距离l的关系

保持双缝间距（d=0.20 mm）和波长（红光λ=650 nm）不变，通过改变双缝离墙的距离l，用刻度尺量出5条亮条纹之间的距离x，再算出相邻亮条纹之间的距离Δx，记录到表1中。以双缝离墙的距离l为横坐标、相邻亮条纹之间的距离Δx为纵坐标，通过Excel描点作图，得到图2。

（2）探究条纹间距与双缝间距d的关系

保持双缝离墙的距离（l=3.00 m）和波长（红光λ=650 nm）不變，通过改变双缝间距d，用刻度尺量出5条亮条纹之间的距离x，再算出相邻亮条纹之间的距离Δx，记录到表2中。以双缝间距d的倒数为横坐标、相邻亮条纹之间的距离Δx为纵坐标，通过Excel描点作图，得到图3。

（3）探究条纹间距与入射光波长λ的关系

保持双缝间距（d=0.20 mm）和双缝离墙的距离（l=3.00 m）不变，通过改变入射光波长λ，用刻度尺量出5条亮条纹之间的距离x，再算出相邻亮条纹之间的距离Δx，记录到表3中。以入射光波长λ为横坐标、相邻亮条纹之间的距离Δx为纵坐标，通过Excel描点作图，得到图4。

实验结论：利用激光笔能很好地观察到光的干涉现象，实验效果非常明显，与利用光的干涉演示仪相比更直观，现象更明显。探究（1）保持双缝间距d和波长λ不变时，得到Δx与l成正比关系，即Δx∝l;探究（2）保持双缝离墙的距离l和波长λ不变时，得到Δx与d成反比关系，即Δx∝1/d;探究（3）保持双缝间距d和双缝离墙的距离l不变时，得到Δx与λ成正比关系，即Δx∝λ。由此可以得到条纹间距Δx与l、d和λ的关系，即Δx∝λl/d，写成等式为Δx=λl/d。

探究2? 测量红光的波长

通过改变双缝离墙的距离和双缝间的距离来实现多次测量（见表4），代入λ=dΔx/l计算出波长，其中d是双缝间的距离，Δx是相邻亮条纹间的距离[为了减小误差，用游标卡尺测出n条（本实验n=5）亮条纹间的距离x，再算出Δx=x/（n-1）]，l是双缝到墙之间的距离，再取平均值得到波长。

实验结论：该实验是利用光的干涉测量入射光的波长。通过改变双缝间距和双缝到墙的距离实现多次测量再取平均值的方法测得入射光的波长为659 nm（实验中红色激光的波长为650 nm，与实际值相比误差为1.4%），效果非常好。

2? ? 研究光的衍射

实验器材：

两张名片、激光笔（红色和绿色两只）、泡沫板（10 cm×2 cm×2 cm）、夹子、小刀。

实验过程：如图5所示，先用小刀在泡沫板上刻出深度约0.5 cm的浅缝（缝的宽度要跟名片的厚度差不多），用夹子夹住名片，再塞到泡沫板的浅缝中，注意要使名片的上下缝的宽度不同（上面窄，下面稍微宽点，最宽也不要超过1 mm），用激光笔缓慢从缝的下边向上移动照射细缝时，可以得到图6的图像（a图、b图、c图对应激光笔照射缝的下边、中间、上边）。

实验结论：该实验演示了光通过单缝时发生明显光的衍射现象，且探究了光的衍射与缝宽度的关系，实验可以发现缝的宽度越小，衍射的现象就越明显，且中间条纹宽度越宽，但亮度却变暗。如果用红光和绿光在同一细缝处照射，可以发现红光的衍射现象比绿光的衍射现象明显，因为红光的波长长，更容易发生衍射。

上面介绍了利用激光改良与创新的几个实验，实验效果很明显，取得了很好的实验效果，有利于学生对相关知识的理解。在平时的教学中，物理教师可以在这些方面做更多的研究，设计更多、更好的实验为自己的教学服务。

参考文献：

[1]沈祖荣.智能手机增强物理演示实验教学功效案例举隅[J].中学物理，2019，37（11）：40-42.

[2]于淼.几个利用变压器的低成本实验[J].中学物理教学参考，2017，46（11）：68-70.

[3]陈雷，李冰.智能手机在高中物理教学中应用两则[J].中学物理，2019，37（11）：43.

（栏目编辑? ? 王柏庐）

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