利用超聲波霧化器改進光的色散實驗*①

利用超聲波霧化器改進光的色散實驗*①

童偉強②鄭圓成陳趙江

(浙江師范大學數(shù)理與信息工程學院浙江 金華321004)

①*浙江省省級物理實驗教學示范中心和浙江師范大學青年教師教改項目資助.

摘 要：當前光的色散實驗存在現(xiàn)象不明顯、沒有立體感的問題.本文作者用LED燈與超聲波霧化器代替光源與屏幕實現(xiàn)了對光的色散實驗的改進，使得學生對該知識點的理解更加深刻.

關(guān)鍵詞：光的色散超聲波霧化器LED燈

作者簡介：②童偉強(1991-)，男，在讀本科生.

通訊作者：陳趙江(1980-)，男，博士，講師，主要從事光致光熱技術(shù)方面的研究.

收稿日期：(2015-04-08)

在中學教學中，光的色散演示問題一直是教學的難點.但現(xiàn)有教具對光的色散知識的展示不夠全面，無法形象地演示光的色散現(xiàn)象，學生無法直觀、深刻地了解其中的內(nèi)涵.而我們設(shè)計出的儀器具有很好的直觀性與立體性，能夠更好地幫助學生學習光的色散的知識.

1傳統(tǒng)方案的不足

“光的色散”實驗在高中《物理·選修3-4》第十三章第四節(jié)的“光的顏色 色散”和初中物理八年級上冊第四章第五節(jié)“光的色散”中都是一個不可忽視的實驗.在教育部關(guān)于《中小學教師教學儀器配備目錄》中有“J20218型白光的色散與合成演示器”[1]，教師在演示該教具時無法達到預期的效果，實驗現(xiàn)象不明顯，教室前幾排的學生圍在講臺桌才能看清，后幾排的學生就不能觀察到，致使許多教師不愿現(xiàn)場演示，而用多媒體播放相應(yīng)視頻，但這樣使得實驗沒有真實感.出現(xiàn)上述問題是由于在演示器中用的是功率為3W的小燈泡，亮度明顯不夠，而且實驗使用的不是平行光，無法與太陽光相比，因此無法達到預期效果.

在實驗時往往把色散出來的光投到墻壁上或白紙上，這就使得實驗沒有立體感，不能使實驗現(xiàn)象與現(xiàn)實生活中的彩虹相比，無法引起學生濃厚的興趣，無法增強課堂的氛圍，如果實驗得到改進，能夠更加直觀地觀察到光的色散產(chǎn)生的立體彩虹，而對光的色散現(xiàn)象表現(xiàn)得更加形象，就可以幫助學生更好地理解這部分知識內(nèi)容.

2改進措施

為了使得以上幾個問題得到解決，提高光源的亮度與光線的平行性，我們采用LED燈來代替小燈泡作為光源，這樣做可以使光源與太陽光更加接近，而且提高了實驗現(xiàn)象的清晰度，使得教室里的學生都能夠清楚地看到實驗現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上應(yīng)用超聲波霧化器，讓從三棱鏡色散出來的光投到超聲波霧化器產(chǎn)生的水霧上，從而可以達到模擬彩虹的目的，使得實驗現(xiàn)象更具有可視性和立體感，大大提高了學生的興趣，活躍了課堂的氛圍.

3改進方法

3.1實驗器材

三棱鏡，LED燈，超聲波霧化器，2個支架，細繩.

3.2實驗演示步驟

(1)將超聲波霧化器與電源接通，調(diào)節(jié)功率的大小以控制噴霧的濃度.結(jié)果顯示，將功率調(diào)到最大時，即水霧濃度最大時，實驗現(xiàn)象最明顯.

(2)將三棱鏡用細繩固定在支架上(注意三棱鏡的位置要高于噴霧口的高度)，使平行光能完全照射到三棱鏡上并且使色散的光在三棱鏡的另一側(cè)面射出,實物圖及結(jié)構(gòu)圖如圖1和圖2所示.

圖1　實物圖

圖2　結(jié)構(gòu)圖

(3)調(diào)試平行光.不斷地調(diào)節(jié)LED燈在支架上的高度與豎直方向的角度，使得三棱鏡折射出的光能夠投射到水霧上，然后用細繩將LED燈固定在支架上.

(4)演示實驗.當完成以上步驟后，在水霧上形成類似于彩虹的實驗現(xiàn)象，達到立體的實驗效果，如圖3所示.實驗現(xiàn)象更具有可視性和立體感.

圖3　現(xiàn)象圖

4改進優(yōu)點

利用LED燈作為實驗光源，提高了實驗光源的亮度，光線的平行性使得光源更加接近太陽光，大大提高了實驗現(xiàn)象的清晰度.實驗的改進將中學課程中光的色散與實際相結(jié)合，通過改變LED燈源的光折射后，得到不平行的不同顏色的光.同時，利用超聲波霧化器得到的噴霧光屏停留在空中，使不同顏色的光投在屏幕上得到彩虹.在課題引入時能引起學生興趣或埋下伏筆，實驗現(xiàn)象能夠給學生以深刻的印象，給學生的課堂帶去樂趣，更加形象、直觀地展現(xiàn)了有立體感的彩虹，給學生帶來了真實感.

參 考 文 獻

1康良溪.光的色散實驗的改進.實驗教學與儀器(綜合版),2005(10):12