用户登录  |  用户注册
首 页校园网上办公系统校内网络硬盘网上阅卷入口成绩查询入口
当前位置:鄠邑区第一中学文章资讯创省示范课程实施课改论文

泊松亮斑及再现研究—肖煦平

减小字体 增大字体 作者:肖煦平  来源:本站整理  发布时间:2011-12-22 14:31:53

  要:什么是泊松亮斑?就我掌握的资料只能作一粗浅的回答。泊松亮斑是怎样实现的?未查到原始资料,我们只得根据衍射理论,反复试验,最后找到了再现泊松亮斑的一种方法。

关键词: 光的波动理论、泊松亮斑、再现、观察

 

17世纪荷兰物理学家惠更斯提出了光的波动学说,一直没有通过理论加以论证,通过实验加以证实。到了19世纪,人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象,这是波的特征,无法用微粒说来解释,因而证明了波动说是正确的,这以后,波动说得到了公认,光的波动理论也就迅速发展起来。1818年,当法国物理学家菲涅尔提出光的波动理论时,著名数学家泊松根据菲涅尔的理论推算出在圆板的阴影的中心应该出现一个亮斑。由于从来没有人报道过这样的事情,而在影子中央出现亮斑,似乎是十分荒谬的,所以泊松兴高采烈地宣称他驳倒了菲涅尔的波动理论,从而给菲涅尔光的波动理论蒙上了一层阴影。1819年阿拉果通过实验看到了在圆板的阴影中心确实有一亮斑,从而有力地支持了菲涅尔的波动理论。这一亮斑由泊松通过菲涅尔的理论推算出它的存在,原以为驳倒菲涅尔理论而被阿拉果通过实验看到。成了支持菲涅尔理论的有力实验依据。这一亮斑被称为著名的泊松亮斑。

今天我们再现此亮斑将有助于学生对光的波动性的理解。大多数学校由于实验条件所限,无法做出此实验。对于条件尚好的学校,由于没有关于泊松亮斑实验的资料,也无法再现泊松亮斑。甚至师范院校等大学的毕业生也没有看到过泊松亮斑。如果老师只照课文对学生讲解和说明,连自己都没有见过,那么对于学生来说将更难于接受和理解。怎样才能让学生观察到泊松亮斑?这就是本文的关键。

有关泊松亮斑的原始实验资料,多方查找未果。到底用什么光源,怎样的遮光圆板,我们无从得知。所以再现原来的泊松亮斑,确有困难。惭愧,已到了二十一世纪,科技发展到如此发达的今天,我们还无法达到阿拉果的境界。不过,我们可以根据波的衍射理论,用上先进的激光光源,反复试验,一定能够找到再现泊松亮斑的方法。下面介绍我们的探索过程。

1.       器材准备

     光源:选择氦氖激光器。

     遮光圆板:这是个头疼的器件,没有现成的,需要自制。首先我们选择了小钢珠,它不好固定,只好粘在玻璃板上。试验结果,其直径大于光束直径,光被完全遮住,不行。接着我们取圆珠笔笔芯小圆珠,同样是难以固定。粘于玻璃板上而无法消除胶粘剂痕迹的影响,粘于大头针针尖,又有针尖的影响,反复试验还是不理想。最后我们想到了给透明胶片涂墨点,不管怎样涂抹,点总是不圆。于是又想到圆珠笔芯,去掉小圆珠,灌装墨汁,吹涂,由于液体表面张力,圆点非常标准,且点可大可小,效果非常理想。于是涂出了一行直径由大到小排列的小圆点,晾干,装入框架上,带有遮光点的圆板就制成了。

     光屏:投影幕。

     支架等。

2.       实验过程

     按照激光器、圆板、光屏的顺序摆放安装好仪器。

     打开激光器,调节光源与屏幕之间的距离5-8,调节激光器使光束无散射,在屏幕上成一圆形光斑。

     在其光路上插入遮光圆板,选择圆板大小,取直径略小于光束直径的圆板,移至光路中央,其阴影在屏幕上恰遮于光斑中央。

     观察屏幕上光斑图样,在光斑中央确实出现一亮点,近处观察非常清晰,这就是书中的泊松亮斑,但远处观察不太清晰。

于是又想到了扩束处理,限于实验室内透镜种类不多,只得取用光具座配件,f=6cm的凸透镜或凹透镜,架于圆板之后,调节好位置,在屏幕上形成了一个放大的泊松亮斑,它比书中插图清晰得多。在圆板的阴影区,向外、向内均出现了一圈圈明暗相间的衍射圆环,影的中央为一亮斑。

新的发现:比较书中插图,在圆板的阴影区向里也有一圈圈的衍射圆环,这是因为图样清晰可以理解。另外,由于扩束,中央亮斑的中央有些暗,现在还无法解释。19世纪初,激光还未出现,原来到底使用什么特殊的光源,也是个迷,望同仁共同研讨。

 

参考文献

[1] 郭奕玲 沈慧君.物理学史.清华大学出版社。

[2] 李晓林 陈宏.物理学发展的源与流。

[3] 人民教育出版社物理室.全日制普通高级中学(必修加选修) 物理第三册 教师教学用书。

[4] 人民教育出版社物理室.高级中学课本物理 第二册(必修)。

注:本文发表于2008年《唐都学刊》第4

关于本站 | 网站帮助 | 下载声明 | 友情连接 | 网站地图
陕ICP备07002458号
网站维护:鄠邑区第一中学电教处 站长信箱:25022420@qq.com 学校地址:西安市鄠邑区第一中学画展街16号 学校电话:029-84812256