巧用廉價(jià)新型材料實(shí)現(xiàn)光路可視化

王朝陽

摘 要：該文利用廉價(jià)新型材料壓電陶瓷片共振時(shí)，能將與其直接接觸的水進(jìn)行霧化的原理，設(shè)計(jì)制作了光路可視化的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置可廣泛應(yīng)用于光的直線傳播、折射反射定律、透鏡成像、望遠(yuǎn)鏡的原理等涉及光路演示的有關(guān)實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：壓電陶瓷片；共振；霧化；光路；可視化

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）3-0062-2

1 實(shí)驗(yàn)原理

該設(shè)計(jì)針對教科版初中物理八年級上冊第四章中光的傳播原理、折射反射原理、透鏡成像規(guī)律等知識(shí)點(diǎn)[1]，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了利用新材料壓電陶瓷片共振時(shí)[2]，能直接將與壓電陶瓷接觸的水霧化成微小的水珠產(chǎn)生霧氣，設(shè)計(jì)制作了光路可視化的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置可以清晰地展示光的直線傳播、折射反射定律、透鏡成像、望遠(yuǎn)鏡的原理等涉及光路演示的有關(guān)實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生對光學(xué)有一個(gè)全面的、立體的、可視的認(rèn)知。

2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

圖1所示為壓電陶瓷共振霧化水電路設(shè)計(jì)示意圖，我們可以看到此電路分為變壓電源、壓電陶瓷振蕩器和簡易水槽三部分組成。使用時(shí)，可通過適當(dāng)調(diào)節(jié)變壓電源上的變壓旋鈕，來控制水霧化的速度。圖1中左下插圖為壓電陶瓷振蕩器的實(shí)體圖，該設(shè)計(jì)選定型號(hào)為20 mm的壓電陶瓷振蕩器為本設(shè)計(jì)的霧化源，如插圖所示，其為圓環(huán)形狀，中間噴霧，驅(qū)動(dòng)電壓為DC3—DC12 V，具有高轉(zhuǎn)換效率，霧化力量大和價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

圖2所示為該設(shè)計(jì)整體實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物結(jié)構(gòu)圖，其由透明性較好的有機(jī)玻璃和卡扣組成半密閉性空間，內(nèi)置相關(guān)光學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的配套實(shí)驗(yàn)器材，以普遍且價(jià)格相對低廉的激光筆作為光源。

4 教具使用方法

（1）此教具學(xué)生可以人手一套，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。透明的外殼由卡扣和有機(jī)玻璃板組合而成，學(xué)生可拼裝箱子的大小，根據(jù)其所要探究的實(shí)驗(yàn)，制作教具，并分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。

（2）教具可以結(jié)合攝像頭、投影儀等多媒體器件，進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。

（3）教具進(jìn)行光路演示時(shí)注意遮擋日光，效果更加明顯。

5 教具特色

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特色是利用新材料壓電陶瓷所固有超聲波振蕩特點(diǎn)，當(dāng)振蕩電路的振蕩頻率與壓電陶瓷的固有振蕩頻率相同時(shí)產(chǎn)生共振，可以直接將與壓電陶瓷接觸的水霧化成微小的水珠從而產(chǎn)生霧氣。教具的最大亮點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了光路的可視化，打破了傳統(tǒng)的教與學(xué)形成的固定思維，巧妙地將看不見摸不著的光路呈現(xiàn)到學(xué)生面前。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更有助于學(xué)生觀察理解光學(xué)現(xiàn)象，同時(shí)也達(dá)到激發(fā)興趣、培養(yǎng)能力的目的。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置具有操作簡單，便于拼裝，現(xiàn)象明顯，使用安全，可演示大部分涉及光路的實(shí)驗(yàn)，并能驗(yàn)證一些生活中的現(xiàn)象。例如，舞臺(tái)用的追光燈是把光源放在凸透鏡的焦點(diǎn)上，使透鏡發(fā)出平行光，然后照射在舞臺(tái)上。

（3）實(shí)驗(yàn)裝置采用新材料，成本廉價(jià)，取材于生活，體現(xiàn)了物理源于生活、回歸生活的本質(zhì)。

（4）可引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生，自己動(dòng)手制作教具，從而達(dá)到了寓教于樂的目的。

6 注意事項(xiàng)

由于實(shí)驗(yàn)中用到了激光筆，使用時(shí)要注意引導(dǎo)學(xué)生正確操作，不要相互照射，以避免損傷學(xué)生的眼睛。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭棕嶺，王興芹.淺談光折射的起因和規(guī)律[J].物理教學(xué)探討，2004，22（11）：47.

[2]聶應(yīng)才.共振三問[J].物理教學(xué)探討，2010，28（12）：42.

（欄目編輯 王柏廬）