巧妙演示泊松亮斑，本文主要内容关键词为：巧妙论文,演示论文,泊松亮斑论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
光能绕过障碍物或狭缝继续传播，这种现象叫光的衍射，即光能传播到障碍物的影所在的区域。让一束光照射到一微小圆形颗粒上，由于光能绕过障碍物继续传播，在圆影的中心光相互叠加形成亮斑。这就是著名的泊松亮斑，如图1所示。光的衍射现象不容易观察到，因为光的衍射现象只能在一定的条件下才能明显地观察到。实验表明只有当狭缝或障碍物的尺寸跟光的波长相差不多或比波长小时，才能观察到明显的衍射现象。光的波长很短，只有十分之一微米，通常的物体都比它大得多，因此很难看到光的衍射现象。在实验室，可以让同学通过游标卡尺两测量爪之间的狭缝观察光能过狭缝衍射。一直没有一种好的简单的方法演示，让学生明显地观察泊松亮斑，为物理教学工作留下了遗憾。
图1
想明显地观察到泊松亮斑，应该尽量满足以下条件：
第一，光的波长要长，最好选用红光；
第二，要选用平行光，保证障碍物有明显的本影区；
红色激光能满足以上两个条件，它的波长为660nm，是波长最长的可见光。
第三，障碍物的尺寸要小，直径应为十分之一微米左右，相比之下，0.25mm圆珠笔笔尖里的滚珠也太大。
第四，实验现象要明显，这一点很难做到，因为直径只有十分之一微米的圆影，用肉眼是看不到的，更何况是它中心的亮斑。
笔者经过长期的摸索和改进，终于用身边随手可得的小玩具，明显的观察到光的衍射及泊松亮斑。十几元钱就做好了原本需要高科技器材才能完成的实验。
一、实验器材
激光器、球形玻璃容器、薄木板两块、一朵鲜花。器材的布设如图。图中激光器是一种形似钢笔的儿童玩具，所发射的激光为红色，波长约6.7×10[－7]m，功率约1mW，用三节纽扣电池作电源。其特点是光线集中、射程远（可达150m）、体积轻小。市面上售价5元一只（含电池）。图中玻璃容器用废弃的白炽灯泡壳代替：找一只200W的白炽灯泡，小心弃掉上部，将里面的灯丝及玻璃柱拿出来。市面上200W的白炽灯泡售价为2元。本实验不需专门的屏幕，用教室的墙壁替代即可。见图2。
图2
二、实验方法
1.将预先准备好的灯泡壳洗干净，将其固定在薄木板上，也可以直接放在一茶杯上，稳定性较好，倒入纯净水至总体积的五分之四处。
2.将激光器的开关用夹子夹住，放在薄木板上，将以上两装置放在讲台上，沿激光射出的方向排成一条直线，用书上下调节激光器的高度，左右调节激光的入射点，使其光线穿过灯泡后射在墙上的光斑成圆形，且亮度均匀（一般让光线垂直穿过灯泡直径最大处，就能达到以上要求）。调节讲台至墙壁的距离，使墙壁上的光斑大一些。关闭激光器的开关待用。
3.找一朵鲜花，将花蕊摘下，放在灯泡里的纯净水中搅拌几下，将其花粉涮在水中，静置片刻，让花粉悬浮在水中。
4.打开激光器，观察墙壁上的光斑，由于激光照在水中的花粉上，发生衍射现象，使花粉在墙上留下本影，影的周围有明暗相间的条纹，影的中央有一个特别明显亮斑，这就是泊松亮斑。由于花粉悬浮在水中，因而影会移动，但这并不影响实验的效果。
激光遇到微小的花粉，会有明显的衍射现象。花粉很小，用肉眼是看不到的。平行光照射在花粉上，花粉的本影与花粉等大，用肉眼也无法看到。本实验巧妙的运用装有水的球形容器，容器中的水有两个作用，一是能使花粉悬浮，并独立于光束之中；二是球形容器装满水，就变成了凸透镜，凸透镜的放大作用，使我们用肉眼直接观察到光遇到微小障碍物时发生的衍射现象。