注意:实验中需要使用激光器。千万不要用它照射其他人的眼睛。要小心周围的高反射性表面。年龄较小的实验者需要有成年人在场指导协助实验。

面向对象

小学高年级和初中低年级

材料准备

● 小功率激光器(可以用激光笔代替)

● 胶泥或橡皮泥

● 1段细金属丝(细铁丝或铜丝)

● 个木夹

● 1张桌子

● 1面光滑的白色墙,墙上不能贴墙纸

活动步骤

(1)在桌子上清理出实验区域,并将桌子摆放在离墙壁2 m左右的位置。

(2)将一小部分细金属丝插入胶泥或橡皮泥中,使金属丝直立在橡皮泥上。

(3)将插有金属丝的橡皮泥放在桌子最靠近墙壁的边缘位置。

(4)用木夹或大钢夹夹住激光棒,并使激光器的开关处于打开的位置。

(5)将激光器摆放在距离金属丝5 cm远的地方,将激光器的光柱照射在金属丝上并投射到墙壁。

(6)注意观察墙壁上的光线。它看起来像什么?

光线发散成条纹状直线

活动概述

“激光(LASER)”这个词是“通过射线受激发射的光线放大(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)”的首字母缩写。激光器发射出的光线与其他种类的射线类似,例如可见光、紫外线、甚至是X光,唯一不同的地方就是激光器发射出的光线是用特殊方法“排列”过的,它们具有相同的波长。第一种类型的激光器是基于微波制作的,被称为“微波激射器”。

想象一下你身边的混合光线,就好像是一大群人同时在一个弹簧床上蹦蹦跳跳。他们可能跳得很频繁(在弹簧床上制造出小波动),也可能跳得很懒散(在弹簧床上制造出大波动)。白光就是所有不同波长光线的混合物,这就好比是很多人以自己的方式同时在弹簧床上跳来跳去。

激光器发射出的光线和白光不同,就好比是所有人都以相同的方式在弹簧床上蹦跳,于同一时间制造出相同长度的波。

在示意图中,激光器发射出的光线照射到金属丝发生衍射,稍稍弯折然后散开。想象一下,当你站在海边的海水中时,海浪拍打在你身上,接着也会绕过你后散开,然后再次聚合在一起继续朝海岸行进。

当激光器发射出的光线被金属丝阻挡而分开后,同样也会发生衍射然后再次聚合到一起。重要的是要记住,激光器发射出的光波的波长都是一样的。因此这些相同的光波会互相干涉,产生一种特殊的光斑,不同光波的波峰(就像山峰)和波谷(就像山谷)完全相符。但是,光的弯折同样也会使某些光波形成波峰,与其他光波的波谷重叠,这样光波就被完全抵消而形成一个暗带。这就被称为光的干涉。

活动应用

在很多地方都可以看到光波的干涉,其中一个你可能已经看到过的就是肥皂泡的表面。

肥皂泡其实就是薄薄的一层水分子与一种表面活性剂(例如肥皂)混合在一起,这种活性剂可以使这两者结合在一起。当光线照射到气泡时,一部分光线就会被气泡外表面反射,这时你就会看到一闪一闪的反射光。

但是有些光线还是会通过含水层,弯折后从内表面反射。由于这束光线已经弯折了,它就会进入被外表面反射的光束中。某些波长的光波会相互干涉。我们看到的不同颜色的光具有不同的波长,由于相互之间的干涉,某些颜色的光就会被加强而变得明亮,另一些颜色的光就会减弱而变得黯淡。

结果是什么呢?你会看到气泡表面上闪耀着一道道美丽的彩色条纹。