自制光沿直线传播演示仪

湖南省炎陵县鹿原镇学校(412512) 罗玉林

人教版初中物理教材演示光沿直线传播的实验，只有光在同一均匀介质中传播的实验。笔者多年的教学实践发现，该演示实验效果不太明显，有时为了增强演示实验效果还要在水中添加牛奶之类的物质。在讲这节课时，经常有学生问：“光在不均匀介质中又会怎样传播呢?”为了增强学生对光沿直线传播的感性认识，笔者设计制作了演示教具“光沿直线传播演示仪”并用于教学，它可以综合演示光在同一均匀介质和同一不均匀介质中的传播。解决了教材中只能演示光在同一均匀介质(水)中传播的难题，且可通过视觉和听觉来判断光是否沿直线传播，增加了实验的趣味性，取得了较好的实验效果。

1 “自制光沿直线传播演示仪”的设计图和实物图

1.1 设计图

演示仪设计图如图1所示。

图1 设计图1

1.2 实物图

演示仪实物图如图2所示。

2 使用材料和制作方法

2.1 使用材料

废旧日光灯管、木架、激光笔、红外线报警器、光屏、蚊香、透明胶带等。

2.2 制作方法

图2 演示仪实物图

首先，如图2所示，利用木材制作演示仪的支架和底座，在选取木材时，要尽量选取大小和粗细相同的木条、木板，确保演示仪底座水平、支架等高，利用铆钉将木材串联固定。再对废旧日光灯管或空心玻璃管进行改装，用工具把灯管两端的铝制金属灯头撬开或切开，特别注意不要把灯管玻璃弄碎(灯管内含有水银蒸汽和少量的氩气，管壁上涂有荧光物质)。尔后，在废旧日光灯管里放上点燃的蚊香，让灯管里充满蚊香的烟雾，以便更加明显的显示实验效果。同时，在灯管两端粘上透明胶带，并在两头的胶带中央处各钻一个适当大小且等高的圆洞，便于光线从洞口射入(射出)。

其次，在水平位置上，利用木架子来固定废旧日光灯管。在同一水平高度的位置上，再用木架固定激光笔，使激光笔的光线能够通过废旧日光灯管并射出。

最后，自制一块白色的光屏，在光屏背后的中心位置安装好红外线报警装置。调节好激光笔、灯管、光屏三者中心在同一高度。

3 使用方法

3.1 演示光在同一均匀介质沿直线传播的实验

轻轻地按下激光笔的开关，让激光笔发射出的光线穿过废旧日光灯管的洞口。观察到废旧日光灯管中有一条红色的激光束，非常清晰，实验效果明显。还可以在日光灯管里装满水，用透明胶带将两端密封好，再重复上一步实验操作，观察到光在水中传播的实验效果非常明显。得出结论：光在同一均匀介质中沿直线传播。

3.2 演示光在不均匀介质中不沿直线传播的实验

在上图1的基础上，在激光笔的下方安放一个酒精灯并点燃，如图3所示。

图3 设计图2

实验现象：我们可以隐约看到日光灯管中红色的激光束在晃动，同时也可以看到白色的光屏上红色的斑点在隐约晃动，随着时间的流逝斑点的晃动越来越明显。同时，光屏背后的红外线报警装置会发出报警铃声，提示光的传播方向发生了偏折。

实验结论：通过用酒精灯在激光笔的下方加热，可使激光笔周围的空气温度升高，造成周围空气密度不均匀，再通过在白色的光屏上红色斑点的晃动和报警铃声，可以推断光在不均匀介质中不沿直线传播，进而可以反证出光只有在同一均匀介质中才会沿直线传播。

4 装置的创新点和实用性

(1)演示仪使用材料简单，操作方法简便，拆卸和拼装容易，便于携带。通过废物利用，达到变废为宝的目的。

(2)实验效果更加明显，综合性强，能够同时演示光在同一均匀介质和不均匀介质中的传播情况。

(3)可通过视觉和听觉同时观察判断光是否沿直线传播。