高中光学实验节能改进案例探究

高中光学实验节能改进案例探究

李家豪， 管西伦

【作者机构】山东省莱芜市第一中学

【来   源】《高中数理化》 2015年第20期P44页

【分 类 号】G633.7

【分类导航】文化、科学、教育、体育->教育->中等教育->各科教学法、教学参考书->物理

【关 键 字】高中物理 实验学习 光学实验 物理学习 泊松亮斑 光的色散 衍射实验 双缝干涉 学习过程 实验仪器设备

【摘   要】近几年来,我国加大了对高中的课程改革,随着这种改革模式的不断深入,创新性已经成为首要的任务.高中物理是高中整个学习过程中比较重要的一个环节.高中物理实验面临着巨大的发展契机,如何把创新性应用到高中物理实验中去已经成为首要问题.既然节能环保的理念已经深入人心,高中物理实验也应该考虑这一问题.

近几年来,我国加大了对高中的课程改革,随着这种改革模式的不断深入,创新性已经成为首要的任务.高中物理是高中整个学习过程中比较重要的一个环节.高中物理实验面临着巨大的发展契机,如何把创新性应用到高中物理实验中去已经成为首要问题.既然节能环保的理念已经深入人心,高中物理实验也应该考虑这一问题.本文中就目前高中物理实验学习中的几个实验案例如何进行节能改进做一个汇报,以此促进物理实验学习过程中节能改进的步伐.

光的干涉、衍射实验一直以来都是高中物理实验学习过程的一个难点.光的干涉、衍射是证明光具有波动性的首要前提,对照书本上的基本理论,运用有关的实验器材演示给同学们看,让同学们形成直观的感觉非常重要.笔者发现,目前很多高中在演示光的干涉、衍射实验时使用的都是J2515型的双缝干涉实验仪器.但是这种仪器最大的一个缺点就是只有实验的人才能够观察到实验现象,不能很多人一起观察实验现象的.在2002年的时候,实验学习研究部门进行了改进,利用摄像头实现了实验现象的演示,解决了演示的问题.一直以来本套实验的实验仪器的光源采用的都是21W的白炽灯,对于实验来说亮度方面还欠缺一些,这个实验都是采用的外置光源,这些外置光源的发热大,耗电也比较大.目前随着科学技术的更新,各种半导体光源被广泛应用,因此,物理学习研究部门又改进了实验仪器,在光的干涉、衍射实验中,采用一个转换开关,来控制不同颜色的LED灯(功率都为1W),这样在实验进行过程中就不再需要不停地更换滤色片,大大简化了实验步骤.双缝干涉来测量光的波长在高中物理实验学习中也是比较困难的,在实验的过程中实验设备的光源的亮度不能达到观测的要求,而在观察的过程中又需要增加滤色片才能够观察单色的波长,这样无形中就给观察者观察实验现象带来了一定的困难.因此,在实验过程中,我们也更换了实验光源,使用了新型LED灯,这种光源的更换,不仅提高了光源亮度,便于观察实验现象,还避免了滤色片对实验现象的干扰,提高了测量的准确性,增强了实验的可操作性.LED灯的功率为原来的1/21,大大减少了耗电量,做到了有效的节能.

高中物理实验学习中泊松亮斑现象也是一个比较难以观察的实验.泊松亮斑其实就是光的衍射现象,如果光射到一个不能使光透过的小圆盘上时,就会在圆盘的阴影中心出现一个小亮斑.从前泊松亮斑的物理演示仪器由于能够观察到的亮斑实太小,实验的结果并不是很明显,结果并不理想.随着科学技术的发展,实验器材不断改进,我们可以利用半导体激光器、大头针、小钢球和磁铁顺利做出了这个物理实验.当激光照射到小钢球上的时候,在小钢球的阴影的中心我们可以明显观察到一个清晰的小亮斑——“泊松亮斑”.这种实验仪器设备非常简单而且实验效果很好,解决了以往学习过程中的问题.但是我们知道由于激光器能量比较高,容易对人体产生伤害,所以在实验中大家还是只能够观察图片,而不能亲自参与.因此,我们重新改变了实验光源,采用了小功率的激光器,利用扩束装置来分散激光的能量降低了对同学们的伤害,又减少了能量的损耗.

高中物理学习过程中光的色散实验也是一个较为普遍的实验,在实验中可以用三棱镜将白色的光分散为多种光.在过去的传统物理演示过程中,都是利用太阳光作为实验的光源,这种方法受到天气等诸多因素的影响,而且不容易控制.也有一些物理学习研究小组研发出一些实验器具,但是这些实验器具大多数还在采用过去的大能量光源,使用起来不方便.我们依旧使用LED等代替传统的光源.具体方法是制作一块与LED直径相同的黑色塑料板代替以前的玻璃,在板的边上开一个长度略短于三棱镜,宽度约为5mm的矩形,打开LED灯,把三棱镜放置于塑料板的开口,让LED照射到三棱镜的一个面上,调整位置、角度直到出现色散图样.

目前,节能的口号已经深入到社会的各个领域,变成一项全民参与的活动.高中物理学习过程中使用了大量的仪器设备,光学实验中离不开光源,有些光源能量损耗过大,因此,改进高中物理实验演示仪器具有非常重要的意义.在学习的过程中广大同学们应不断利用科学技术改进已有的物理实验设备,不断提高物理学习设备的能量利用率,减少资源的浪费,把节能减排的行动落实到高中物理学习中来.