宅家物理实验——光学篇.PDFVIP

宅家物理实验——光学篇 华中师范大学物理实验教学中心 吴青林 qlwu@ 宅家物理实验的背景 ➢ 教育部要求“停课不停教、停课不停学” ➢ 实验教学不同于理论教学，更强调学生的动手操作 ➢ 虚拟仿真实验，实验类慕课无法代替实验操作 ➢ 学生离校在家，没有学校的实验器材和仪器设备 ➢ 学生都有智能手机，可开发为功能强大的测量分析仪器 宅家物理实验的设计思路 ➢ 实验项目灵活设置，不能固守大纲，以学生能力培养为目标 ➢ 实现物理实验教学对学生实验操作能力的考察，关注动手能力 ➢ 实验器材应简单易得，来自于日常生活，激发学习兴趣 ➢ 实验来源于生活，培养学生应用物理知识解决实际问题的能力 ➢ 实验项目均为自主DIY实验，器材选取制作、实验设计均由学生 自主完成，充分发挥学生的想象力、创造力和探究能力 ➢ 实验项目源于光学课堂的探究性实验，可根据学生情况适时调整 自制透镜，测量透镜焦距 实验器材：矿泉水瓶，刀/剪刀，小镜子，直尺，手机，白纸/屏， 保鲜膜，牙签，胶带，胶水 1. 用矿泉水瓶制作大小、厚薄不一的透镜，参考 /article/27fa7326b3b2e546f8271ff5.html 2. 自准直法测量自制透镜焦距，手机手电筒做光源，参考 /view/d8f0a4244b35eefdc8d33327.html 3. 两次成像法测量自制透镜焦距，手机手电筒做光源，参考 /view/b88dd968f12d2af90242e6df.html 用自制透镜组装望远镜、显微镜 1. 自制2个直径相同但焦距不同透镜，用保鲜膜内芯（或纸盒硬卡 纸等）制作镜筒，组装望远镜，观察远物，估计其放大本领 2. 用牙签蘸水滴在保鲜膜或透明薄片上，制成焦距很短的透镜，作 为显微镜的物镜 3. 用自制短焦透镜和其他透镜组装显微镜，观察微小物体，估计其 放大本领 夫琅禾费衍射——单缝，双缝，小孔 实验器材：小镜子/黑色胶片/黑卡纸，刀片/剪刀，针，直尺，手机， 激光笔 1. 在小镜子背面，用各种厚度的刀片/剪刀刻画，制作不同宽度的 单缝 2. 两个刀片并拢同时刻画即可制作双缝，刀片中间夹1-8层纸片， 可调节双缝间距 3. 用针尖/圆规等制作直径不同的圆孔 夫琅禾费衍射——单缝，双缝，小孔 实验器材：小镜子/黑色胶片/黑卡纸，刀片/剪刀，针，直尺，手机， 激光笔 4. 用激光笔照射单缝、双缝和小孔，记录拍摄衍射图样，利用衍射 原理测量单缝、双缝和圆孔孔尺寸。 菲涅尔衍射——圆屏 实验器材：小钢珠，玻璃，透明胶，激光笔，手机 1. 将直径约2mm的小钢珠粘在玻璃上或用透明胶悬挂起来，用激光 笔照射钢珠，几米外的墙上可以观察到衍射环，记录拍摄衍射图 样，用衍射理论验证钢珠尺寸、珠屏距离和衍射图样的关系 2. 若激光笔光斑太大或质量较差，可用黑卡纸扎一个针孔过滤光斑 头发丝直径测量——缠绕，干涉，衍射 实验器材：头发丝，玻璃片，直尺，激光笔，手机 1. 将头发丝依次紧密缠绕在牙签/笔芯上，至少缠几十圈以上，用 直尺测量总长度，求出头发丝直径 2. 将头发丝放在两个盖玻片之间，制作一个空气劈尖，利用等厚干 涉的方法测量头发丝厚度 头发丝直径测量——缠绕，干涉，衍射 实验器材：头发丝，玻璃片，直尺，激光笔，手机 3. 固定头发丝，用激光照射，记录拍摄衍射图样，利用衍射原理测 量头发丝直径 4. 比较以上三种测量头发丝直径的方法 等厚干涉——肥皂膜 实验器材：泡泡水，激光笔，手机 1. 观察记录肥皂泡的颜色及其变化情况 2. 将肥皂膜竖直放置，观察各个位置彩色条纹的变化；查阅肥皂水 的资料，估算各条纹处的膜厚 光栅衍射——手机屏 实验器材：手机，激光笔，直尺 1. 手机屏可看作二维平面光栅，参数可查阅厂商资料。用激光笔斜 着照射手机屏，远处墙上可看见点阵状的衍射图样，观察记录， 测量相关参数，利用光栅衍射原理测量激光波长 2. 反过来，已知激光笔波长，可测量未知手机屏的分辨率