用小钢珠或硬币演示泊松亮斑，本文主要内容关键词为：钢珠论文,硬币论文,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。
高中物理教学中，在讲到光的衍射时，为使泊松亮斑实验演示更简易直观、材料易得，笔者发现用直径为6mm的小钢珠和壹圆的硬币作为圆屏十分理想，本文以小钢珠为主进行研究。
一、演示实验在室外进行
选择适当大小的小钢珠，将它与屏幕放在激光束的适当位置，可以使衍射图样获得足够高的亮度和足够大的尺寸。演示可以在教室走廊里进行，为使衍射图样清晰度高，在阳光照射不到时或晚上进行最好。
1.取直径为6mm的小钢珠为研究对象，激光器距小钢珠约4mm，屏幕则是距小钢珠20m远的白色滑墙壁。
取一个显微镜配备的盖玻片（1.8cm×1.8cm厚度为O.18mm），用302胶水将钢珠粘在盖玻片中心位置，再将盖玻片粘在一条形金属片上，如图1所示。待凝固后，将金属片用夹持物夹住，固定在光路中，并使光束沿着盖玻片平面的法线直接照射到小钢珠上。
附图
图1
附图
图2
在屏幕上，我们可以看到如图2所示的衍射图样（实际上是笔者将纸铺在屏幕上衍射图样处，抓住主要细节临摹的示意图，黑线条代表亮条纹，颜色深浅表示亮条纹的强弱），该图样直径大于10cm，效果非常理想。
实验还发现，激光束与盖玻片平面法线所成的角不是太大时，或者用厚度大得多的折载玻片（7.5cm×5cm，厚度1mm）代替盖玻片时，或者将盖玻片翻过来，让激光先通过盖玻片然后照到钢珠上时，衍射图样觉察不出有明显变化。
这种小钢珠，不仅大小适中，而且在自行车维修铺，废弃的这种钢珠俯拾皆是。
由于盖玻片有效面积稍小，下面的研究，在无特殊说明时都是用载玻片来装载小钢珠的。
2.换直径大于6mm的钢珠来实验，可发现，随着直径的增加，几何阴影区的亮圆环趋于更细、更暗，直至消失，而阴影区的中心始终有亮斑，甚至用强磁铁吸住一小铁钉，将壹元的硬币吸附于钉子下端来实验（载玻片面积有限，而要使光衍射，须使光射到障碍物边缘，由于光束传播中逐渐变粗，故采用此法，且硬币须向屏幕靠近。当然，小钢珠直径过大时，也可用此法），也能在阴影中心看到一个较暗的光斑，尽管此时其余的阴影区已完全变暗了，阴影外侧的明暗圆环也已不够明显了。
这类尺寸的钢珠，装载不太方便。
需要说明的是，用壹圆的硬币演示，实验效果会让学生惊叹不已。
3.若取直径小于6mm的钢珠实验，几何阴影区明暗环更粗、更亮，效果亦佳。只是钢珠太小，不直观。
二、实验在室内进行
上述各项实验之所以要求长距离，是受光束太细这一因素制约造成的。要在室内进行，需要扩束。
最简单的办法是用凹透镜来扩光束。如图3。
附图
图3
这里用直径为6mm的小钢珠，衍射图样可呈现在教室后面墙壁上。透镜位置要适当，使墙上的光斑大小适中。它和载玻片（其上载有小钢珠，可用胶粘在光学实验专用金属杆上）可置于光距座上。笔者用焦距为8cm的凹透镜置于激光器输出口处，让光沿主光轴通过，小钢珠距透镜0.9m，距教室后墙壁约10m。若不放透镜和钢珠，墙壁上的光斑直径约为3cm，放透镜不放钢珠时，光斑直径约为8cm，放上透镜和钢珠后，衍射图样直径约12cm。
用小钢珠作为圆屏，实验效果是很理想的。直径为6mm的小钢珠，可为实验材料之首选。至于硬币的使用不再赘述。