物理实验中光的妙用

(东南大学材料学院，江苏 南京 211189)

实验是物理学习的重要组成部分，直观形象的实验对理解物理知识有很大的帮助作用，利用人们对光的敏感，把一些物理实验现象利用光来演示，不但能增加实验的可视性，还能提高学生学习的积极性和探究欲望，从而对掌握物理知识产生意想不到的效果.

1 利用二极管的发光特性，制作光显测力计与变阻器

图1

图2

光可以影响神经的兴奋性，在实验中能利用同学们对光的敏感性，对一些常见仪器进行改进，在实验中就可以提高兴奋度和关注度，记忆也就比较深刻.如图1所示，通过对弹簧测力计的改造，我们在刻度盘的整数刻度处安装各色二极管，当拉力增大时，随着指针向下移动，所在刻度的二极管一个一个的点亮，这些发光二极管会有效吸引学生注意力，可视性大大增加，后排的同学也会清楚的看到指针的大致位置.其工作原理如图2所示，指针带动弹簧伸长时，二极管一端的导电丝接触指针或弹簧，指针以上的二极管就会通电发光，指示刻度.

对于滑动变阻器的不同接法，到底电流经过了哪部分电阻，对于初学滑动变阻器的同学来说是个难点.如果能把滑动变阻器的电阻丝周围固定一些二极管，当接入电路时，有电流流过的那部分电阻上对应的二极管就会发光，这样的光显滑动变阻器不但能引起同学们的注意力，对理解滑动变阻器的工作原理也很有帮助.其实物如图3，其原理是把定值电阻和发光二极管并联在一起作为发光指示单元，若干个发光指示单元相串联，以此来替代滑动变阻器的电阻线圈，实现对滑动变阻器连入电路的电阻部分的光显示.

图3

2 利用光影改进物理实验，演示波的传播与彩色瀑布

图4

图5

光影具有直观、形象、具体等特点，如果能利用影子把运动和变化展现出来，提供生动直观的图像，可帮助学生加深对物理规律的理解.如演示横波的形成与传播时，用一根粗弹簧，通过拉伸，装置在一个木箱中，原理如图4，木箱外装置把手可以摇动，利用透过凸透镜的平行光投影，弹簧在前面的毛玻璃板上就出现了栩栩如生的横波，摇动弹簧，波开始运动，弹簧上夹上一个小夹子，并竖直放一支铅笔，就可以演示波的前后移动是质点的上下移动形成的，多加几个夹子，显示的波动形成更为直观，把这个光影机械波装置安装在暗箱里，白天演示也很清晰，实物见图5，装置内更换软质弹簧，就可以演示纵波的形成与传播.利用这个波动演示器去认识波形、振动状态以及波速、周期，就会使抽象的波具体化、形象化、趣味化.

利用彩色瀑布演示光的全反射，如果把矿泉水瓶下端钻一个小孔，用红色的激光透过矿泉水瓶对着小孔照射，当角度合适时会发现红色的激光束会随着弯曲的水流留下来，利用水流的这种全反射现象，可以设计一个彩色瀑布，一束激光通过多根光纤延伸到瀑布顶端，调整好角度，当瀑布落下时，一条条激光会在水中若隐若现，光随水飘散，出现十分奇异的物理现象.

3 利用压强演示透镜的折射，利用磁场演示电流的受力

图6

凸透镜对光线具有汇聚作用，凹透镜对光线具有发散作用，利用透镜的这种性质演示液体压强随深度的增加而增大，会发现实验中的奇特现象.如图6所示，玻璃槽上端用薄膜封入一定量气体，使上端突起，固定在大容器底部，玻璃槽下端有并排多束激光照射.当慢慢在大容器中倒入液体时，薄膜在液体压强的作用下会慢慢压缩，由突起变成水平，再变成凹陷，可以看到当薄膜为凸形时，激光束发散，当薄膜为水平时，激光束平行射出，当薄膜为凹形时，激光束汇聚，液体越深，压强越大，薄膜凹陷越明显，汇聚能力越强.这种空气透镜发生的折射现象一定会引起同学们去探究原因，从而知道这种空气透镜在水中的折射实际上与玻璃透镜在空气中的折射正好相反.为提高这个实验的可视性，液体最好用胶体代替，多束平行激光可以用一束激光通过分光镜或半透半反透镜获得.

另外也可以利用高压放电演示磁场对电流的作用，如利用电子感应圈产生高压放电如同闪电一样具有声光效果，这条闪电本身就是一条电流，如果能把这条电流放入磁场，这条电流同样会发生偏转(如图7)，在一个圆形的容器内部中间固定一铁钉，周围固定两排带尖的铁棒，并连接起来，用电子感应圈通过尖端放电，一条条的闪电便产生了，再将磁铁置于装置下方，移动磁铁，闪电便会在声光中移动旋转，改变磁铁的极性或旋转方向，闪电的移动旋转情况也会相应改变.

图7

可见，利用人对光的敏感性改进一些物理实验不但能提高可视度，也会使实验的效果大大增强，同时让同学们更好的认识物理现象、学习物理概念、理解物理规律、提高学习兴趣.

参考文献：

张宪魁．实施物理科学方法教育的策略谈[J]．物理教学探讨，2014，(1)．