逍遥学能 2016-06-18 07:24
对学生来说， 虽然在日常生活中时常能遇到一些的波的干涉现象，但由于波的干涉过程并不容易观察和理解，上课前学生们几乎没有关于波的干涉现象的预备知识，通常需要教师在课堂上利用演示实验，让学生在课堂上观察到波的干涉现象，产生相应的感性认识。
然而， 波的干涉实验是一种较为难做的实验，再加上许多学校中波的干涉实验的器材性能较差，因此实验效果并不理想。笔者在多年的教学实践中， 改进了实验仪器， 总结出了几种关于波的干涉现象的实验方案，取得了较好的效果。现介绍给大家。
1 干涉实验中振源的改进
1.1 用示振音叉作振源
在波的干涉实验中可以用示振音叉做振源进行实验。示振音叉是一种振动频率很低， 振幅很大的音叉，它的主要作用是用来演示机械振动的。此种音叉一般学校中少有，但可以自制。找一块长约80cm，宽约3cm，厚约3mm 的弹簧钢板，先把中间钻一个孔，然后从中间弯曲成一个U字形音叉，两根叉腿之间的间距约5cm， 再在中间孔上用螺钉装一手柄，即制成了一个示振音叉。
用示振音叉作振源演示波的干涉时，先在音叉的一个叉腿上装一个双叉形触针，把音叉振动起来后，用这个触针触及水槽中的水面，即可激起两列水波，形成干涉。
用示音叉作振源演示波的干涉，方法简单，使用方便，容易携带，效果较好。但也存在一些缺点需要克服，一是振动时间稍短，二是触针触及水面时高度不易掌握。
1.2 用气流作为发波水槽的振源
许多学校都有演示波的干涉现象的发波水槽，它是在水槽上面安装一个双叉形的触针， 利用机械振动方法， 让触针打击水面产生两列水波，从而形成干涉现象的。用发波水槽演示水波干涉现象有几个显著缺点:一是整个装置振动过大，会产生许多杂波、二是触针打击水面时容易溅起小水珠， 水珠落入水槽内时也形成杂波、三是用毛玻璃作观察屏产生的图像不清晰， 因此，往往很难取得好的实验效果。
为克服发波水槽的上述缺点，笔者曾试用气流代替机械触针产生水波，效果较好。其方法是，找两个一次性输液针头，将两针头相距约20mm的距离并列固定起来，把两输液针头另一端的两根管子并在一起， 接到一根软橡胶管上，再与一个小型气源或皮老虎的吹气相连，开动气源或按动皮老虎，两个针孔就能吹出气来。
把这两个并列的针头置于发波水槽一端的一水面上， 调整好高度和气流大小， 就可以在水面上吹起两列水波， 形成水波的干涉。这种方法克服了发波水槽的振动和溅落水珠的两个缺点，实验效果大大提高。
1.3 在投影仪上做演示实验
用前述方法改进发波水槽实验，虽然能克服发波水槽机械振动和溅落水珠的缺点，但仍有通过毛玻璃观察屏观察效果不佳的缺点，要彻底克服发波水槽的缺点，可以利用投影仪做波的干涉实验。
其方法是，将一个深约5cm的浅水槽置于投影仪上，调好投影仪的焦距， 把水槽的图像清晰地投影到屏幕上。然后再用前述方法制成的针头置于水槽一端， 让气流在水槽中吹出两列水波，这样，形成的干涉纹样就可以清晰地投影到屏幕上，便于学生观察。由于取消了触针击打水面的振动装置，使这种投影方法变得可行。
1.4 课外在浴盆中做干涉实验
这是一种引导学生自己动手做实验的方法。现在，住在城市的家庭中， 大多都有洗澡用的浴盆，利用浴盆，也能做干涉实验。
在浴盆的上方点一只较亮的灯泡，往浴盆中灌入半盆清水(水要深一些， 在20cm 以上， 这样效果更好)，伸出一只手， 将食指和中指伸开，让两指尖相距约5cm，其余三指握起来。把伸开的两只手指置于浴盆一端的水面上，两指同时轻轻敲击水面，就可激起两列水波，这两列水波在水面上形成干涉。透过水面，观察水底，可看到在盆底形成了一簇明暗相间的干涉条纹。
做这实验的关键是调整好击打水面的频率和击打深度，频率一般约为5Hz，深度以刚触及水面为宜。若家中没有浴盆，也可以用一个较大的洗衣盆、洗脸盆等。为便于观察，最好在盆底涂一层白色油漆，或者在盆底放一张白色平整的纸或塑料薄膜，效果也不错。
2 用音叉做声波的干涉实验
将音叉敲击振动后， 两根叉腿作为两个振源，激起两列频率相同的声波，也能形成干涉，若转动音叉，就能听到振动声音的强弱变化，显示出声波干涉的效果。用这种方法演示声波干涉时，其音量过小，效果并不佳。为克服此缺点，绝大多数教师都会用扩音器对声音进行放大。即使如此，有时也很难达到理想的实验效果。
笔者在用这种方法做实验时，并非直接用扩音器上的话筒对着音叉进行扩音，而是用一个微型话筒，把它用不干胶带粘到音叉共鸣箱的底部，然后用软导线把话筒与扩音器相连。
实验时，把音叉置于共鸣箱前部，转动音叉，引起共鸣箱振动， 话筒捡拾到共鸣箱的振动后，生成电讯号， 送入扩音器放大。这种方法比直接用扩音器效果明显，即便是音叉的振动已经很微弱了，也能通过扩音器放出声音来，持续的时间也较长。
笔者介绍的几种关于波的干涉现象的实验方案，各有优劣，在此只是起到抛砖引玉的作用，供广大同仁参考磋商，以利共同提高。