用小钢珠或硬币演示泊松亮斑实验.doc

用小钢珠或硬币演示泊松亮斑实验高中物理教学中在讲到光的衍射时为使泊松亮斑实验演示更简易直观、材料易得笔者发现用直径为6mm的小钢珠和壹圆的硬币作为圆屏效果十分理想本文以小钢珠为主进行研究。一、演示实验在室外进行选择适当大小的小钢珠将它与屏幕放在激光束的适当位置可以使衍射图样获得足够高的亮度和足够大的尺寸。演示可以在教室走廊里进行为使衍射图样清晰度高在阳光照射不到时或晚上进行最好。1.取直径为6mm的小钢珠为研究对象激光器距小钢珠约4m屏幕则是距小钢珠20m远的白色光滑墙壁。取一个显微镜配备的盖玻片(1.8cm×1.8cm厚度为0.18mm)用302胶水将钢珠粘在盖玻片中心位置再将盖玻片粘在一条形金属片上如图1所示。待凝固后将金属片用夹持物夹住固定在光路中并使光束沿着盖玻片平面的法线直接照射到小钢珠上。在屏幕上我们可看到如图2所示的衍射图样(实际上是笔者将纸铺在屏幕上衍射图样处抓住主要细节临摹的示意图黑线条代表亮条纹颜色深浅表示亮条纹的强弱)该图样直径大于10cm效果非常理想。实验还发现激光束与盖玻片平面法线所成的角不是太大时或者用厚度大的载波片(7.5cm×5cm厚度1mm)代替盖玻片时或者将盖玻片翻过来让激光先通过盖玻片然后再照到钢珠上时衍射图样觉察不出有明显变化。这种小钢珠不仅大小适中而且在自行车维修铺废弃的这种钢珠俯后皆是。由于盖玻片有效面积稍小下面的研究在无特殊说明时都是用载波片来装载小钢珠的。2.换直径大于6mm的钢珠来实验可发现随着直径的增加几何阴影区的亮圆环趋于更细、更暗直至消失而阴影区的中心始终有亮斑甚至用强磁铁吸住一小铁钉将壹元的硬币吸附于钉子下端来实验(载波片有效面积有限而要使光衍射须使光射到障碍物边缘由于光束传播中逐渐变粗故采用此法且硬币须向屏幕靠近)也能在阴影中心看到一个较暗的光斑尽管此时其余的阴影区已完全变暗了阴影外侧的明暗圆环也已不够明显了。这类尺寸的钢珠装载不太方便。需要说明的是用壹圆的硬币演示实验效果会让学生惊叹不已。3.若取直径小于6mm的钢珠实验几何阴影区明暗环更粗、更亮效果亦佳。只是钢珠太小不直观。二、实验在室内进行上述各项实验之所以要求长距离是受光束太细这一因素制约造成的。要在室内进行需要扩束。最简单的办法是用凹透镜来扩束。如图3。这里仍用直径为6mm的小钢珠衍射图样可呈现在教室后面墙壁上。透镜位置要适当不能使墙上的光斑过大以避免光斑亮度过低。它和载波片(其上载有小钢珠可用胶粘在光学实验中专用金属杆上)可置于光距座上。笔者用焦距为8cm的凹透镜置于激光器输出口处让光沿主光轴通过小钢珠距透镜0.9m距教室后墙壁约10m。若不放透镜和钢珠墙壁上的光斑直径约为3cm用透镜不放钢珠时约为8cm放上透镜和钢珠后衍射图样直径约12cm。用小钢珠作为圆屏实验效果是很理想的。直径为6mm的小钢珠可为实验材料之首选。至于硬币的使用不再赘述。