大學(xué)物理實驗 激光實驗

一、概述
光學(xué)這兩章，尤其是光的波動性，在高中物理中所占的比例不大，難度也不高。但其在物理學(xué)中的地位卻比其在教材中的篇幅要重要許多。
這兩章的知識多為日常生活所難見，或?qū)W生見而不知，而通過實驗又多可展現(xiàn)出來，同時與近現(xiàn)代物理聯(lián)系比較緊密，因此，在培養(yǎng)各種類型學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，理科專業(yè)學(xué)生對物理學(xué)的興趣，幫助部分學(xué)生確立從事物理學(xué)專業(yè)研究的發(fā)展方向上可以起到很大的作用。
興趣是學(xué)生主動性的重要來源，帶著興趣完成高二的學(xué)習(xí)進入高三，對高三一年的復(fù)習(xí)是很有幫助的.
教學(xué)中要立足于做好實驗，要貼近生活，要貼近新科技。

二、內(nèi)容、形式的變化
與上一版相比，教材又做了一定的調(diào)整，將《光的本性》拆開，其中干涉、衍射、偏振等組成了光的波動性，而反映粒子性的光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和波粒二象性并入原子物理組成量子論初步。這樣的調(diào)整更好地體現(xiàn)了物理學(xué)發(fā)展的階段性，利于物理學(xué)史的教學(xué)，這也是考綱的要求.同時，以量子論初步的形式出現(xiàn)更貼近了物理學(xué)研究的前沿，體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的時代性。
今年9月，新高一將實施新的課程標準，光學(xué)部分的教學(xué)在內(nèi)容和形式上變動比較的大。出現(xiàn)在兩個選修模塊中：
1、適合工科發(fā)展方向?qū)W生的選修2系列中的2-3模塊，其內(nèi)容標準為：
⑴通過實驗，理解光的折射定律。會測定材料的折射率。
⑵認識光的全反射現(xiàn)象。初步了解光導(dǎo)纖維的工作原理和光纖在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。認識光纖技術(shù)對經(jīng)濟社會生活的重大影響。
⑶探究并理解透鏡成像的規(guī)律。會測定凸透鏡的焦距。
⑷了解照相機的主要技術(shù)參數(shù)的含義。知道顯微鏡、望遠鏡的原理。
⑸通過實驗認識光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象以及在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。
⑹了解激光的特性和應(yīng)用。了解常見固體和氣體激光器的原理。舉例說明激光技術(shù)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。
⑺知道新型光源的特點以及應(yīng)用。
由于是面向工科發(fā)展方向的學(xué)生，可以看出其內(nèi)容標準側(cè)重物理學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，著重體現(xiàn)物理學(xué)的應(yīng)用性和實踐性。如要求學(xué)習(xí)攝像機、數(shù)碼相機的自平衡控制鍵的作用，高壓汞燈的原理，了解照相機的景深、光圈的調(diào)節(jié)，傻瓜相機自動測光測距的原理等。這都需要我們提前作好知識儲備，要多讀書、善讀書，懂的要比教授給學(xué)生的多。
2、適合理科發(fā)展方向?qū)W生的選修3系列中的3-4模塊，其內(nèi)容標準為：
⑴通過實驗，理解光的折射定律。
⑵測定材料的折射率。
⑶認識光的全反射現(xiàn)象。初步了解光導(dǎo)纖維的工作原理和光纖在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。認識光纖技術(shù)對經(jīng)濟社會生活的重大影響。
⑷觀察光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象。知道產(chǎn)生干涉、衍射的條件。用雙逢干涉實驗測定光的波長。
⑸了解激光的特性和應(yīng)用。用激光觀察全息照相。
因為是面向理科發(fā)展方向的學(xué)生，所以其內(nèi)容標準側(cè)重讓學(xué)生較全面地了解物理學(xué)的基本內(nèi)容，進一步了解物理學(xué)的思想方法，較為深入地認識物理學(xué)在技術(shù)中的應(yīng)用以及對經(jīng)濟、社會的影響。
這是不久我們要面對的 ，需要我們引起關(guān)注。
這學(xué)期以及馬上到來的高三一年，我們不僅要做好現(xiàn)有工作，還要關(guān)注新課程的動態(tài)，今年高三回去后將先我們一步進入新課程，建議在新課程學(xué)習(xí)這方面，全市一盤棋，搞一些全市統(tǒng)一的學(xué)習(xí)，也可以象開家長會一樣，先集中學(xué)習(xí)，再分年級備課。

三、教學(xué)單元劃分和主要知識點
《光的傳播》可分為三個教學(xué)單元：
1、《光的直線傳播》，主要知識點有：
光源，光線，光速，光速的測量，實像，虛像，本影，半影，日、月食原理，介質(zhì)，光的直線傳播，小孔成像，光的反射，反射定律，平面鏡成像原理。
平面鏡的有關(guān)知識一定要作好復(fù)習(xí)工作，不能因?qū)W生初中學(xué)過而忽略.

2、《光的折射》、《全反射》，主要知識點有：
光的折射現(xiàn)象，折射定律，折射率（絕對折射率和相對折射率），全反射現(xiàn)象，光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)，臨界角，光導(dǎo)纖維原理，大氣中的光現(xiàn)象原理，折射光路可逆。
這部分內(nèi)容講解應(yīng)以概念的分析和基本概念的應(yīng)用為重點，復(fù)雜的三角計算不要涉及太多.一些應(yīng)用性強的內(nèi)容可以作一些專題討論.

3、《光的色散》，主要知識點有：
棱鏡，全反射棱鏡，光的色散現(xiàn)象，光譜，光路控制。
不要過分突出棱鏡的地位，應(yīng)指出棱鏡只是使光發(fā)生色散的工具之一，如光柵也能使光色散.
從廣義上講，只要是波，無論是電磁波還是機械波，都存在這種現(xiàn)象.

《光的波動性》可分為三個教學(xué)單元：
1、《光的干涉》、《光的衍射》，主要知識點有：
微粒說，波動說，雙縫干涉現(xiàn)象，相干光源，明暗條件，條紋間距，波速公式，光的顏色，薄膜干涉現(xiàn)象、原理、應(yīng)用，牛頓環(huán)，光的衍射，明顯衍射條件，常見衍射現(xiàn)象，泊松亮斑。
對于相干條件，可以展開討論，除了三個必要條件:頻率相同，相差恒定，振動方向相同外，要想獲得清晰的干涉圖樣，還需兩個條件:相疊加的兩列波的振幅不能懸殊太大；點的光程差不能太大。
干涉與衍射的關(guān)系（個人見解）：粗略地看，光的雙縫干涉可視為兩個單縫衍射現(xiàn)象的疊加。精細地看，究竟是干涉還是衍射，或究竟那種效應(yīng)更強一些，并不取決于縫本身，而在于通過縫的波。即取決于入射波的波長與縫寬的關(guān)系。如能滿足波長遠小于縫寬，則更接近干涉規(guī)律；如不能滿足則衍射效應(yīng)將明顯起來，則更接近衍射。

2、《光的電磁說》，主要知識點有：
光的電磁說，赫茲實驗，電磁波譜，各波段電磁波的主要性質(zhì)和應(yīng)用，各波段電磁波的產(chǎn)生機理。
3、《光的偏振》、《激光》，主要知識點有：
光的偏振現(xiàn)象，自然光，偏振光，偏振現(xiàn)象證明光是橫波，偏振現(xiàn)象的的應(yīng)用，激光的特性與應(yīng)用。
這部分內(nèi)容定量的東西不多，大多為定性的表述，大量的知識需要理解、記憶。只有引起學(xué)生的興趣，讓學(xué)生主動去整理、知識，搜集課外信息，即主動參與進來。而不是被動的死記硬背，才能取得較好的教學(xué)效果，因此，教學(xué)方法就很重要了。

四、一些簡易實驗裝置：
實驗最能抓住學(xué)生的注意力，因此作好實驗對光學(xué)的教學(xué)非常重要。光學(xué)部分涉及很多演示實驗、探索實驗，大部分學(xué)校都備有相應(yīng)儀器設(shè)備，就不再贅述?，F(xiàn)僅介紹一些實驗的簡易做法。
1、全反射現(xiàn)象：在做用玻璃磚測定玻璃的折射率的實驗中，從適當角度看玻璃磚的內(nèi)側(cè)時，即可觀察到全反射現(xiàn)象，自制彩虹（用噴霧器背對陽光噴出水霧）。
2、光的干涉現(xiàn)象：
肥皂泡，牛頓環(huán)，路面油漬，光盤，光柵+激光筆，
手持式干涉目鏡+強光燈+有色玻璃片，透過窗紗（綢布、手帕、紗窗）看白熾燈，（但要注意背景要暗）
3、光的衍射現(xiàn)象：
泊松亮斑：小磁針、鐵架臺（2個）、激光筆、小鋼珠、暗室。
4、偏振現(xiàn)象：
偏振片（2個）、強光源或?qū)嵨锿队皟x。

五、教法研究：
光學(xué)部分由于不是高中物理學(xué)的重點內(nèi)容，難度也不高，而內(nèi)容的彈性又很大，因此很適合作一些教法的探索，從2000年使用這本過度性教材開始，我們學(xué)校，主要是徐榮亮老師帶領(lǐng)我們學(xué)校的唐海峰老師和我，對高中物理教學(xué)模式作了一定的研究和試驗。去年結(jié)的題，這里拿出來結(jié)合光學(xué)部分的相關(guān)內(nèi)容，拋磚引玉，與各位老師共同探討。
1、問題討論式：
程序：預(yù)習(xí)―提問―討論―歸納總結(jié)―反饋提高。
這一模式主要適用于物理概念的學(xué)習(xí)過程。
首先是預(yù)習(xí)，要求學(xué)生通過自學(xué)要發(fā)現(xiàn)問題。課堂上，由學(xué)生提出發(fā)現(xiàn)的問題，并且強調(diào)要求學(xué)生對發(fā)現(xiàn)的問題提出自己的看法，哪怕是不成熟甚至是錯誤的看法。即不是等待老師的解答，而是讓每位學(xué)生成為問題的探索者和求證者。通過同學(xué)的討論和教師的點撥解決問題。
例如光的干涉一節(jié)，雖然是全新的內(nèi)容，但由于有了機械波學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)學(xué)生通過自學(xué)能夠?qū)獾母缮娴母拍钣谐醪降牧私?，通過討論和老師的指導(dǎo)利用類比法，將機械波干涉的相關(guān)知識遷移至光波，導(dǎo)出光的干涉現(xiàn)象中的明暗條件，這也進一步證明光具有波動性，進而去發(fā)現(xiàn)并解釋生活中的干涉現(xiàn)象，如肥皂膜、牛頓環(huán)等。
剛開始時會有一些困難，如啟而不發(fā)，學(xué)生問捕處問題，這是由于平時不善于讀書、質(zhì)疑所致，這就需要教師一方面平時知道學(xué)生如何去讀書，另一方面上課前也要準備一些問題，以防冷場。再如，學(xué)生討論問題的不著邊際，這就需要教師有靈活的應(yīng)變能力和扎實的理論功底，能迅速地將討論引導(dǎo)到教學(xué)內(nèi)容上來。
因此，這種模式即使對學(xué)生的培養(yǎng)，更是對教師的提高。

2、實驗探究式：
程序：設(shè)置實驗、創(chuàng)設(shè)情境―感性認識、探究分析―上升理論、指導(dǎo)實踐。
這一模式主要適用于物理規(guī)律的學(xué)習(xí)過程和對實際問題的研究和分析。讓學(xué)生親身經(jīng)歷物理學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)之旅。在探究分析階段教師要給予必要的指導(dǎo)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)探究的主要流程和方法。這對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高益處很大，同時，親身經(jīng)歷的是難以忘懷的，教學(xué)效果也有了保障。
例如折射定律一節(jié)，不妨將折射定律的新授課教學(xué)與測定玻璃磚折射率的實驗結(jié)合起來。
首先提出課題，然后進行實驗設(shè)計，這里的實驗設(shè)計只是提供器材，給予適當?shù)奶崾?，如“如何用大頭針確定光路？如何確定折射光路？”具體操作過程由學(xué)生琢磨，討論后確定最佳方案，也可以各自做，然后匯報各自方案。接下來的表格設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、處理分析、得出結(jié)論都可以共同通過討論以確定方案。雖然數(shù)據(jù)處理的方式即正弦比值恒定的關(guān)系學(xué)生幾乎是不可能想到的，但這種通過實驗手段獲取知識的方式對學(xué)生科研能力的培養(yǎng)效果是顯著的。
采用這種模式上課的一個最大特點是，在不同的班級上課會遇到不同的突發(fā)事件，因為實驗是開放性的活動，未必回出現(xiàn)教師所希望的結(jié)果。這樣，對教師來說，每一堂課都是全新的挑戰(zhàn)，對教師的成長也是大有幫助的。
當然，現(xiàn)行教材的編寫對這一模式效果的發(fā)揮是有制約的，學(xué)生只要翻翻書結(jié)論就有了，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)之旅充其量是低層次地模仿，學(xué)生明明知道結(jié)論，卻要假裝不知道，裝模作樣地去想，這樣對物理思維的培養(yǎng)效力是有限的?？上驳氖牵陆滩牡木帉懺谶@方面有了一定的改進，很多探索性的工作，結(jié)論并沒有直接給出，需要學(xué)生自己通過努力得到，這才是真正的體驗式學(xué)習(xí)。總之，這一模式的前景應(yīng)該是樂觀的。

3、專題研討式：
程序：設(shè)置專題、開展研究―匯報成果、各抒己見―比較優(yōu)劣、加深理解。
這一模式就是在學(xué)生已具備一定的理論知識、研究方法的基礎(chǔ)上，拋出一個有一定深度，但通過研究和協(xié)作又能夠達到的課題，由學(xué)生課后開展討論、研究，然后將自己或本小組的研究成果在課堂上向全班匯報，全班同學(xué)對每一個報告進行討論、分析、質(zhì)疑，匯報者予以答辯。最終達到加深理論理解、提高研究能力的目的。
這一模式對老師的組織、應(yīng)變、引導(dǎo)能力要求是相當高的。但同時也是很鍛煉人的。
這部分有很多內(nèi)容可以作專題討論，如：
日食與月食
大氣中的光現(xiàn)象
天空的顏色(含光的散射理論)
太陽的顏色(含光的散射理論，恒星理論)
電磁波的特性與應(yīng)用
全息照相的原理與應(yīng)用
例如天空的顏色，除了課本知識，這里還涉及光的散射理論，需要做補充或指導(dǎo)學(xué)生閱讀。展開時可以結(jié)合化學(xué)中懸濁液、乳濁液里的丁達爾現(xiàn)象，光的波長、微粒的尺寸對散射的影響，灰塵的散射、大氣分子的散射等。
在教師的指導(dǎo)下，以課本為起點，發(fā)散出去，深入下去，對學(xué)生學(xué)習(xí)素質(zhì)的提高是很有幫助的。

4、自學(xué)討論式：
程序：編發(fā)提綱―預(yù)習(xí)自學(xué)―小組交流―大組匯報―運用反饋。
這一模式是讓學(xué)生從全章的范圍內(nèi)圍繞老師編發(fā)的提綱展開自學(xué)，然后各學(xué)習(xí)小組在各人自學(xué)的基礎(chǔ)上討論交流，形成共識，再由小組代表上臺匯報學(xué)習(xí)所得，每節(jié)內(nèi)容由不同的小組負責(zé)主講。教師要參與到主講小組的備課活動中去，給予相應(yīng)指導(dǎo)，并能在課堂上組織引導(dǎo)小組間的交流。全章結(jié)束時要求每一位同學(xué)對本章做出小結(jié)。梳理知識網(wǎng)絡(luò)，分析知識點，尤其是重點、難點內(nèi)涵。編寫例題及解答，容易犯的錯誤等。
這種模式為學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)，從更大的范圍內(nèi)自學(xué)創(chuàng)造了條件，可以提高學(xué)生的整體意識和全局觀念，能引導(dǎo)學(xué)生提高總結(jié)和歸納知識的能力，為將來擔(dān)負具有全局性的任務(wù)打下基礎(chǔ)。
我們在2002年時在上《光的反射和折射》一章時在平行班中進行了一次對照試驗，兩個班作為試驗班采取自學(xué)討論式的教學(xué)法，其余為對照班，采取常規(guī)教學(xué)法。在終端成績的顯示上，試驗班與對照班幾乎沒有差別，說明即便是從應(yīng)試角度看，這一模式也是可行的。當然試驗的規(guī)模和時間有一定的局限，但反映出這一模式還是有探索價值的。

附自學(xué)提綱
第一節(jié)《光的直線傳播，光速》
1、 什么是光源？光源發(fā)光的本質(zhì)是什么？
2、 人是如何看到物體的？人是如何判斷物體的位置的？請你設(shè)計一個實驗證明你的判斷是正確的。
3、 了解如下概念：介質(zhì)、光線、光束。光束有幾種試舉例說明。
4、 那些現(xiàn)象能證明光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的？試舉例說明。
5、 日食和月食各有幾種？是如何形成的？
6、 光束是如何測量出來的？設(shè)計測量方法的基本思想是什么？
7、 地球上的人是如何看到不是光源的物體的？為什么宇航員在宇宙中看到的太空是一片漆黑？
第二節(jié)《光的反射、平面鏡》
1、 光的反射定律的內(nèi)容是什么？
2、 設(shè)計一個實驗，探究平面鏡成像的規(guī)律。
3、 什么是像和虛像？為什么平面鏡成的是虛像？
4、 “小孔成像”成的是不是像？
5、 研究一下，平面鏡有何用途。舉例說明。
第三節(jié)《光的折射》
1、 什么是光的折射？了解和折射有關(guān)的幾個概念。
2、 光的折射定律內(nèi)容什么？光的折射定律是如何歸納出來的？
3、 為什么要引入折射率概念？折射率的大小和什么因素有關(guān)，它的物理意義是什么？
4、 光線在兩種介質(zhì)的分界面上為什么回改變傳播方向？用實驗?zāi)M一下。
5、 什么是光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)？各種介質(zhì)折射率不同的本質(zhì)是什么？
6、 什么是絕對折射率和相對折射率？
7、 用光的折射定律研究問題的基本思路是什么？
第四節(jié)《全反射》
1、 什么是全反射？發(fā)生全反射的條件是什么？
2、 什么是臨界角？怎樣求臨界角？
3、 全反射現(xiàn)象有何用途？其優(yōu)越性何在？全反射現(xiàn)象有何弊端？如何防止？
第五節(jié)《棱鏡》
1、 什么是棱鏡？光線通過棱鏡時光路如何變化？
2、 白光通過棱鏡時會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？自然界中有什么現(xiàn)象類似棱鏡的作用？
3、 棱鏡有何用途？全反射棱鏡的光學(xué)用途是什么？
4、 從棱鏡的色散現(xiàn)象你能研究出不同的色光在同一介質(zhì)中的速度，同一介質(zhì)對不同色光的折射率的大小有何不同嗎？








看不懂，自己看看有沒有什么有用的吧