例談如何利用簡易裝置得到光的衍射現象

黃佳麗

摘 要：在物理教學中，演示實驗以其直觀、省時和易于配合講解等特點得到廣泛的應用.許多學校的物理實驗室都配有大量的演示實驗器材，但正是因為實驗器材過于優化，學生所學的知識僅僅局限在教材上，很難將知識遷移到生活中.如何才能利用生活中常見的物品，科學、高效的設計和制作演示實驗儀器，并且讓每位學生積極參與學習，是值得大家共同探討的問題.本文以光的衍射實驗為例，鼓勵學生利用生活中常見的材料，進行實驗.

關鍵詞：光的衍射；簡易實驗；設計與制作

光在學生的生活中并不陌生，但是在學生的日常生活經驗中，光都是沿直線傳播的，光的衍射比較難理解.那么如何讓學生體會到衍射現象呢？物理實驗室有成套的實驗儀器，例如分光計進行光柵衍射實驗，利用該裝置進行實驗，現象明顯，效果很好，而且能夠測得光柵常量.然而大部分學校的實驗室只有較簡單的光柵裝置，利用激光筆和光柵，也能得到衍射圖樣.但是實驗課堂中學生對光柵的結構并不清楚；同時還有部分學校缺乏實驗器材.這就需要學生自己動手制作一個簡易的光柵.通過制作簡易光柵，有助于鍛煉學生的動手能力，也有助于學生將書本知識與實際生活相聯系，從而多角度地掌握光的衍射.

1 利用激光筆和平面鏡進行衍射實驗

將鏡子鍍銀那一面用剃須刀劃一條單縫，用激光筆發出激光投射在單縫上，觀察在墻上形成的圖樣.

2 利用激光筆和頭發進行衍射實驗

光的衍射現象是指光可以繞過障礙物繼續傳播，那么光除了可以通過上述的狹縫，能不能繞過細小的發絲呢？將頭發絲拉直，用激光直接照射到發絲上，觀察光在墻上的投影，同樣可以在較近的距離內看到明顯的衍射圖樣.按照本實驗的經驗，那么將頭發絲換成其他類似的物品，進行實驗，同樣可以觀察到明顯的衍射現象.

3 利用激光筆和CD光盤進行衍射實驗

利用CD光盤制作光柵并非是在光盤上刻狹縫.我們常見的CD光盤非常薄，它只有1.2mm厚，但卻包括了很多內容.分析光盤的結構可以知道CD光盤由透明的基層、記錄層、反射層、保護層和標簽印刷層構成.其中記錄層上有無數個及其微小的長短不一的凹坑和非凹坑組成的螺旋光道上，相鄰光道間的距離為1.6μm，這些光道放在一起相當于一個光柵.

實驗時，將CD光盤固定正對墻壁，讓激光直接照射到光盤上，則可在墻上觀察到反射光的衍射圖樣.這就是反射光柵做光的衍射實驗（如圖1所示）.

用CD光盤做反射光柵演示光的衍射現象時，發現操作不便而且較難解釋清楚.光盤能否像實驗室的光柵那樣做透射光柵呢？實驗時，可用透明膠布粘住光盤的背面（印刷層或者保護層），再撕開，即可將光盤從反射層和印刷層從光盤上剝離，留下記錄層和基層.接下來可以用激光照射，即可得到明顯的衍射現象（如圖2所示）.

查閱光盤的結構和原理，作者發現不僅CD光盤可以用來制作光柵，DVD光盤也可以.根據DVD光盤的原理，可以用小刀將DVD光盤從中間分成兩層，經實驗其中透明的一層也可以作為光柵使用.

只要狹縫的寬度跟波長比，比波長小或者相差不大時就可以演示明顯的衍射現象.其中CD光盤的狹縫只有1.6μm，衍射現象最為明顯.從實驗操作和實驗儀器的準備上而言，自己制作的光柵簡單便捷，學生能夠較快地得到，而且制作過程并不復雜.有利于培養學生動手實驗的能力，并將書本上的知識順利地聯系到日常生活中.

《浙江省普通高中學科教學指導意見》中指出《光的衍射》教學要求為：了解光的衍射現象，知道衍射條紋的特點；知道光產生明顯衍射現象的條件.因此，利用簡易裝置進行實驗已經可以達到《教學指導意見》的教學目標要求.

物理本身是一門以實驗為基礎的學科，物理的很多定理或定律來源于實驗，一個物理實驗就是一個物理情景.新課標背景下的物理課堂要體現學生的自主學習，其奧秘在于“師生角色的轉換”，變學生的被動學為學生課堂的主動參與.讓學生親身去經歷知識的形成過程，在歡樂的課堂氛圍中學會學習，學以致用.那么，讓學生自己動手進行實驗探究，而且利用的器材是身邊常見的物體，這將是一個很好的方式.這不僅可以較好地調動學生學習的積極性，而且有利于將教材上的知識遷移到具體的生活中，并且這將是一個契機激發學生去探索生活和大自然.

參考文獻：

[1]郭寶寶.物理演示實驗儀器設計與制作.[D].遼寧：遼寧師范大學，2011.