巧用廉价新型材料实现光路可视化

王朝阳

摘 要：该文利用廉价新型材料压电陶瓷片共振时，能将与其直接接触的水进行雾化的原理，设计制作了光路可视化的实验装置。该装置可广泛应用于光的直线传播、折射反射定律、透镜成像、望远镜的原理等涉及光路演示的有关实验。

关键词：压电陶瓷片；共振；雾化；光路；可视化

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）3-0062-2

1 实验原理

该设计针对教科版初中物理八年级上册第四章中光的传播原理、折射反射原理、透镜成像规律等知识点[1]，创新设计了利用新材料压电陶瓷片共振时[2]，能直接将与压电陶瓷接触的水雾化成微小的水珠产生雾气，设计制作了光路可视化的实验装置。该装置可以清晰地展示光的直线传播、折射反射定律、透镜成像、望远镜的原理等涉及光路演示的有关实验。使学生对光学有一个全面的、立体的、可视的认知。

2 实验装置设计

图1所示为压电陶瓷共振雾化水电路设计示意图，我们可以看到此电路分为变压电源、压电陶瓷振荡器和简易水槽三部分组成。使用时，可通过适当调节变压电源上的变压旋钮，来控制水雾化的速度。图1中左下插图为压电陶瓷振荡器的实体图，该设计选定型号为20 mm的压电陶瓷振荡器为本设计的雾化源，如插图所示，其为圆环形状，中间喷雾，驱动电压为DC3—DC12 V，具有高转换效率，雾化力量大和价格低廉等特点。

图2所示为该设计整体实验装置的实物结构图，其由透明性较好的有机玻璃和卡扣组成半密闭性空间，内置相关光学实验所需的配套实验器材，以普遍且价格相对低廉的激光笔作为光源。

4 教具使用方法

（1）此教具学生可以人手一套，引导学生进行分组实验。透明的外壳由卡扣和有机玻璃板组合而成，学生可拼装箱子的大小，根据其所要探究的实验，制作教具，并分析产生该现象的原因。

（2）教具可以结合摄像头、投影仪等多媒体器件，进行演示实验。

（3）教具进行光路演示时注意遮挡日光，效果更加明显。

5 教具特色

（1）实验设计的特色是利用新材料压电陶瓷所固有超声波振荡特点，当振荡电路的振荡频率与压电陶瓷的固有振荡频率相同时产生共振，可以直接将与压电陶瓷接触的水雾化成微小的水珠从而产生雾气。教具的最大亮点是实现了光路的可视化，打破了传统的教与学形成的固定思维，巧妙地将看不见摸不着的光路呈现到学生面前。实验设计更有助于学生观察理解光学现象，同时也达到激发兴趣、培养能力的目的。

（2）实验装置具有操作简单，便于拼装，现象明显，使用安全，可演示大部分涉及光路的实验，并能验证一些生活中的现象。例如，舞台用的追光灯是把光源放在凸透镜的焦点上，使透镜发出平行光，然后照射在舞台上。

（3）实验装置采用新材料，成本廉价，取材于生活，体现了物理源于生活、回归生活的本质。

（4）可引导鼓励学生，自己动手制作教具，从而达到了寓教于乐的目的。

6 注意事项

由于实验中用到了激光笔，使用时要注意引导学生正确操作，不要相互照射，以避免损伤学生的眼睛。

参考文献：

[1]郭棕岭，王兴芹.浅谈光折射的起因和规律[J].物理教学探讨，2004，22（11）：47.

[2]聂应才.共振三问[J].物理教学探讨，2010，28（12）：42.

（栏目编辑 王柏庐）