大学物理实验 激光实验

一、概述
光学这两章，尤其是光的波动性，在高中物理中所占的比例不大，难度也不高。但其在物理学中的地位却比其在教材中的篇幅要重要许多。
这两章的知识多为日常生活所难见，或学生见而不知，而通过实验又多可展现出来，同时与近现代物理联系比较紧密，因此，在培养各种类型学生的科学素养，理科专业学生对物理学的兴趣，帮助部分学生确立从事物理学专业研究的发展方向上可以起到很大的作用。
兴趣是学生主动性的重要来源，带着兴趣完成高二的学习进入高三，对高三一年的复习是很有帮助的.
教学中要立足于做好实验，要贴近生活，要贴近新科技。

二、内容、形式的变化
与上一版相比，教材又做了一定的调整，将《光的本性》拆开，其中干涉、衍射、偏振等组成了光的波动性，而反映粒子性的光电效应、康普顿效应和波粒二象性并入原子物理组成量子论初步。这样的调整更好地体现了物理学发展的阶段性，利于物理学史的教学，这也是考纲的要求.同时，以量子论初步的形式出现更贴近了物理学研究的前沿，体现了教学内容的时代性。
今年9月，新高一将实施新的课程标准，光学部分的教学在内容和形式上变动比较的大。出现在两个选修模块中：
1、适合工科发展方向学生的选修2系列中的2-3模块，其内容标准为：
⑴通过实验，理解光的折射定律。会测定材料的折射率。
⑵认识光的全反射现象。初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用。认识光纤技术对经济社会生活的重大影响。
⑶探究并理解透镜成像的规律。会测定凸透镜的焦距。
⑷了解照相机的主要技术参数的含义。知道显微镜、望远镜的原理。
⑸通过实验认识光的干涉、衍射和偏振现象以及在生活生产中的应用。
⑹了解激光的特性和应用。了解常见固体和气体激光器的原理。举例说明激光技术在生产、生活中的应用。
⑺知道新型光源的特点以及应用。
由于是面向工科发展方向的学生，可以看出其内容标准侧重物理学与技术的结合，着重体现物理学的应用性和实践性。如要求学习摄像机、数码相机的自平衡控制键的作用，高压汞灯的原理，了解照相机的景深、光圈的调节，傻瓜相机自动测光测距的原理等。这都需要我们提前作好知识储备，要多读书、善读书，懂的要比教授给学生的多。
2、适合理科发展方向学生的选修3系列中的3-4模块，其内容标准为：
⑴通过实验，理解光的折射定律。
⑵测定材料的折射率。
⑶认识光的全反射现象。初步了解光导纤维的工作原理和光纤在生产、生活中的应用。认识光纤技术对经济社会生活的重大影响。
⑷观察光的干涉、衍射和偏振现象。知道产生干涉、衍射的条件。用双逢干涉实验测定光的波长。
⑸了解激光的特性和应用。用激光观察全息照相。
因为是面向理科发展方向的学生，所以其内容标准侧重让学生较全面地了解物理学的基本内容，进一步了解物理学的思想方法，较为深入地认识物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。
这是不久我们要面对的 ，需要我们引起关注。
这学期以及马上到来的高三一年，我们不仅要做好现有工作，还要关注新课程的动态，今年高三回去后将先我们一步进入新课程，建议在新课程学习这方面，全市一盘棋，搞一些全市统一的学习，也可以象开家长会一样，先集中学习，再分年级备课。

三、教学单元划分和主要知识点
《光的传播》可分为三个教学单元：
1、《光的直线传播》，主要知识点有：
光源，光线，光速，光速的测量，实像，虚像，本影，半影，日、月食原理，介质，光的直线传播，小孔成像，光的反射，反射定律，平面镜成像原理。
平面镜的有关知识一定要作好复习工作，不能因学生初中学过而忽略.

2、《光的折射》、《全反射》，主要知识点有：
光的折射现象，折射定律，折射率（绝对折射率和相对折射率），全反射现象，光密介质和光疏介质，临界角，光导纤维原理，大气中的光现象原理，折射光路可逆。
这部分内容讲解应以概念的分析和基本概念的应用为重点，复杂的三角计算不要涉及太多.一些应用性强的内容可以作一些专题讨论.

3、《光的色散》，主要知识点有：
棱镜，全反射棱镜，光的色散现象，光谱，光路控制。
不要过分突出棱镜的地位，应指出棱镜只是使光发生色散的工具之一，如光栅也能使光色散.
从广义上讲，只要是波，无论是电磁波还是机械波，都存在这种现象.

《光的波动性》可分为三个教学单元：
1、《光的干涉》、《光的衍射》，主要知识点有：
微粒说，波动说，双缝干涉现象，相干光源，明暗条件，条纹间距，波速公式，光的颜色，薄膜干涉现象、原理、应用，牛顿环，光的衍射，明显衍射条件，常见衍射现象，泊松亮斑。
对于相干条件，可以展开讨论，除了三个必要条件:频率相同，相差恒定，振动方向相同外，要想获得清晰的干涉图样，还需两个条件:相叠加的两列波的振幅不能悬殊太大；点的光程差不能太大。
干涉与衍射的关系（个人见解）：粗略地看，光的双缝干涉可视为两个单缝衍射现象的叠加。精细地看，究竟是干涉还是衍射，或究竟那种效应更强一些，并不取决于缝本身，而在于通过缝的波。即取决于入射波的波长与缝宽的关系。如能满足波长远小于缝宽，则更接近干涉规律；如不能满足则衍射效应将明显起来，则更接近衍射。

2、《光的电磁说》，主要知识点有：
光的电磁说，赫兹实验，电磁波谱，各波段电磁波的主要性质和应用，各波段电磁波的产生机理。
3、《光的偏振》、《激光》，主要知识点有：
光的偏振现象，自然光，偏振光，偏振现象证明光是横波，偏振现象的的应用，激光的特性与应用。
这部分内容定量的东西不多，大多为定性的表述，大量的知识需要理解、记忆。只有引起学生的兴趣，让学生主动去整理、知识，搜集课外信息，即主动参与进来。而不是被动的死记硬背，才能取得较好的教学效果，因此，教学方法就很重要了。

四、一些简易实验装置：
实验最能抓住学生的注意力，因此作好实验对光学的教学非常重要。光学部分涉及很多演示实验、探索实验，大部分学校都备有相应仪器设备，就不再赘述。现仅介绍一些实验的简易做法。
1、全反射现象：在做用玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，从适当角度看玻璃砖的内侧时，即可观察到全反射现象，自制彩虹（用喷雾器背对阳光喷出水雾）。
2、光的干涉现象：
肥皂泡，牛顿环，路面油渍，光盘，光栅+激光笔，
手持式干涉目镜+强光灯+有色玻璃片，透过窗纱（绸布、手帕、纱窗）看白炽灯，（但要注意背景要暗）
3、光的衍射现象：
泊松亮斑：小磁针、铁架台（2个）、激光笔、小钢珠、暗室。
4、偏振现象：
偏振片（2个）、强光源或实物投影仪。

五、教法研究：
光学部分由于不是高中物理学的重点内容，难度也不高，而内容的弹性又很大，因此很适合作一些教法的探索，从2000年使用这本过度性教材开始，我们学校，主要是徐荣亮老师带领我们学校的唐海峰老师和我，对高中物理教学模式作了一定的研究和试验。去年结的题，这里拿出来结合光学部分的相关内容，抛砖引玉，与各位老师共同探讨。
1、问题讨论式：
程序：预习―提问―讨论―归纳总结―反馈提高。
这一模式主要适用于物理概念的学习过程。
首先是预习，要求学生通过自学要发现问题。课堂上，由学生提出发现的问题，并且强调要求学生对发现的问题提出自己的看法，哪怕是不成熟甚至是错误的看法。即不是等待老师的解答，而是让每位学生成为问题的探索者和求证者。通过同学的讨论和教师的点拨解决问题。
例如光的干涉一节，虽然是全新的内容，但由于有了机械波学习的基础学生通过自学能够对光的干涉的概念有初步的了解，通过讨论和老师的指导利用类比法，将机械波干涉的相关知识迁移至光波，导出光的干涉现象中的明暗条件，这也进一步证明光具有波动性，进而去发现并解释生活中的干涉现象，如肥皂膜、牛顿环等。
刚开始时会有一些困难，如启而不发，学生问捕处问题，这是由于平时不善于读书、质疑所致，这就需要教师一方面平时知道学生如何去读书，另一方面上课前也要准备一些问题，以防冷场。再如，学生讨论问题的不着边际，这就需要教师有灵活的应变能力和扎实的理论功底，能迅速地将讨论引导到教学内容上来。
因此，这种模式即使对学生的培养，更是对教师的提高。

2、实验探究式：
程序：设置实验、创设情境―感性认识、探究分析―上升理论、指导实践。
这一模式主要适用于物理规律的学习过程和对实际问题的研究和分析。让学生亲身经历物理学规律的发现之旅。在探究分析阶段教师要给予必要的指导，让学生学习科学探究的主要流程和方法。这对学生科学素养的提高益处很大，同时，亲身经历的是难以忘怀的，教学效果也有了保障。
例如折射定律一节，不妨将折射定律的新授课教学与测定玻璃砖折射率的实验结合起来。
首先提出课题，然后进行实验设计，这里的实验设计只是提供器材，给予适当的提示，如“如何用大头针确定光路？如何确定折射光路？”具体操作过程由学生琢磨，讨论后确定最佳方案，也可以各自做，然后汇报各自方案。接下来的表格设计、数据采集、处理分析、得出结论都可以共同通过讨论以确定方案。虽然数据处理的方式即正弦比值恒定的关系学生几乎是不可能想到的，但这种通过实验手段获取知识的方式对学生科研能力的培养效果是显著的。
采用这种模式上课的一个最大特点是，在不同的班级上课会遇到不同的突发事件，因为实验是开放性的活动，未必回出现教师所希望的结果。这样，对教师来说，每一堂课都是全新的挑战，对教师的成长也是大有帮助的。
当然，现行教材的编写对这一模式效果的发挥是有制约的，学生只要翻翻书结论就有了，学生的发现之旅充其量是低层次地模仿，学生明明知道结论，却要假装不知道，装模作样地去想，这样对物理思维的培养效力是有限的。可喜的是，新教材的编写在这方面有了一定的改进，很多探索性的工作，结论并没有直接给出，需要学生自己通过努力得到，这才是真正的体验式学习。总之，这一模式的前景应该是乐观的。

3、专题研讨式：
程序：设置专题、开展研究―汇报成果、各抒己见―比较优劣、加深理解。
这一模式就是在学生已具备一定的理论知识、研究方法的基础上，抛出一个有一定深度，但通过研究和协作又能够达到的课题，由学生课后开展讨论、研究，然后将自己或本小组的研究成果在课堂上向全班汇报，全班同学对每一个报告进行讨论、分析、质疑，汇报者予以答辩。最终达到加深理论理解、提高研究能力的目的。
这一模式对老师的组织、应变、引导能力要求是相当高的。但同时也是很锻炼人的。
这部分有很多内容可以作专题讨论，如：
日食与月食
大气中的光现象
天空的颜色(含光的散射理论)
太阳的颜色(含光的散射理论，恒星理论)
电磁波的特性与应用
全息照相的原理与应用
例如天空的颜色，除了课本知识，这里还涉及光的散射理论，需要做补充或指导学生阅读。展开时可以结合化学中悬浊液、乳浊液里的丁达尔现象，光的波长、微粒的尺寸对散射的影响，灰尘的散射、大气分子的散射等。
在教师的指导下，以课本为起点，发散出去，深入下去，对学生学习素质的提高是很有帮助的。

4、自学讨论式：
程序：编发提纲―预习自学―小组交流―大组汇报―运用反馈。
这一模式是让学生从全章的范围内围绕老师编发的提纲展开自学，然后各学习小组在各人自学的基础上讨论交流，形成共识，再由小组代表上台汇报学习所得，每节内容由不同的小组负责主讲。教师要参与到主讲小组的备课活动中去，给予相应指导，并能在课堂上组织引导小组间的交流。全章结束时要求每一位同学对本章做出小结。梳理知识网络，分析知识点，尤其是重点、难点内涵。编写例题及解答，容易犯的错误等。
这种模式为学生系统地学习，从更大的范围内自学创造了条件，可以提高学生的整体意识和全局观念，能引导学生提高总结和归纳知识的能力，为将来担负具有全局性的任务打下基础。
我们在2002年时在上《光的反射和折射》一章时在平行班中进行了一次对照试验，两个班作为试验班采取自学讨论式的教学法，其余为对照班，采取常规教学法。在终端成绩的显示上，试验班与对照班几乎没有差别，说明即便是从应试角度看，这一模式也是可行的。当然试验的规模和时间有一定的局限，但反映出这一模式还是有探索价值的。

附自学提纲
第一节《光的直线传播，光速》
1、 什么是光源？光源发光的本质是什么？
2、 人是如何看到物体的？人是如何判断物体的位置的？请你设计一个实验证明你的判断是正确的。
3、 了解如下概念：介质、光线、光束。光束有几种试举例说明。
4、 那些现象能证明光在均匀介质中是沿直线传播的？试举例说明。
5、 日食和月食各有几种？是如何形成的？
6、 光束是如何测量出来的？设计测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体的？为什么宇航员在宇宙中看到的太空是一片漆黑？
第二节《光的反射、平面镜》
1、 光的反射定律的内容是什么？
2、 设计一个实验，探究平面镜成像的规律。
3、 什么是像和虚像？为什么平面镜成的是虚像？
4、 “小孔成像”成的是不是像？
5、 研究一下，平面镜有何用途。举例说明。
第三节《光的折射》
1、 什么是光的折射？了解和折射有关的几个概念。
2、 光的折射定律内容什么？光的折射定律是如何归纳出来的？
3、 为什么要引入折射率概念？折射率的大小和什么因素有关，它的物理意义是什么？
4、 光线在两种介质的分界面上为什么回改变传播方向？用实验模拟一下。
5、 什么是光密介质和光疏介质？各种介质折射率不同的本质是什么？
6、 什么是绝对折射率和相对折射率？
7、 用光的折射定律研究问题的基本思路是什么？
第四节《全反射》
1、 什么是全反射？发生全反射的条件是什么？
2、 什么是临界角？怎样求临界角？
3、 全反射现象有何用途？其优越性何在？全反射现象有何弊端？如何防止？
第五节《棱镜》
1、 什么是棱镜？光线通过棱镜时光路如何变化？
2、 白光通过棱镜时会出现什么现象？自然界中有什么现象类似棱镜的作用？
3、 棱镜有何用途？全反射棱镜的光学用途是什么？
4、 从棱镜的色散现象你能研究出不同的色光在同一介质中的速度，同一介质对不同色光的折射率的大小有何不同吗？








看不懂，自己看看有没有什么有用的吧