光的色散教学仪器套组:光的色散
一、设计背景 光的色散属于初中物理中的光学知识。教师在利用传统的教学仪器进行教学时,常常会遇到下面几种情况: 1.关于白光光源的问题
在进行白光的色散与合成教学中,需用一束平行白光照射三棱镜,产生白光的色散现象。因此白光光源的选择尤为重要。
传统的教学中,教师常常利用太阳光作为白光光源,太阳光接近平行光,实验效果非常好。但是。该方法受到气候与太阳照射角度的限制,在阴天、雨天或是太阳光无法直射进教室的情况下,该方法就不可行了。
传统的教学中,还常常使用白光色散与合成仪器,该仪器使用白炽灯作为白光光源,在灯的前方放置一个狭缝,使得从狭缝射出的灯光接近平行光。该方法不受气候与太阳照射角度的限制。但是由于白炽灯的灯光并不是绝对的白光,因此实验效果并不理想。
2.关于三基色色光光源的问题
在进行色光的混合、物体的颜色教学中,需要能够发出红、绿、蓝三种色光的光源。用于观察不同色光的混合,以及物体在不同色光照射下的颜色变化。
传统的教学中,常常使用在手电筒前方放置有色玻璃纸作为色光光源。但是有色玻璃纸的颜色往往与标准的三基色偏差较大,照射出的色光不是标准的三基色色光,因此实验效果并不理想。
3.关于实验现象,-j-~度的问题
传统的教学中,使用的实验仪器复杂、成本较高且操作难度大,因此实验大多为教师演示实验,学生坐在座位上观察。由于学生到实验仪器的距离较远,观察到的实验现象不明显:另一方面,本实验对于环境亮度的要求较高,实验环境太亮也是导致学生不易观察到实验现象的原因之一。
针对上述问题,我们设计了光的色散教学仪器套组。
二、结构设计
1.内置高亮白发白发光二极管的小手电
正向电压:3-3.2V
发光强度(med):4500
白发白发光二极管价格:0.18元/只
2.内置高亮白发红发光二极管的小手电
波长(nl/1):638-646
正向电压:2-2.2V
发光强度(med):白发红发光二极管价格:0.1元/只
3.内置高亮白发绿发光二极管的小手电波长(am):512.5-515正向电压:3～3.2V发光强度(meal):4000-6000白发绿发光二极管价格:0.19元/只
4.内置高亮白发蓝发光二极管的小手电波长(nm):455-460正向电压:3.2-3.4V发光强度(med):4000-6000白发蓝发光二极管价格:0.2元/只
5.带狭缝且内置白色光屏的黑色遮光纸筒狭缝宽度:1mm狭缝长度:15mm
遮光纸筒直径:120mm
遮光纸筒高度:140mm
6.三棱镜
材料:优质光学玻璃
尺寸(m/n):24x24x24x14
7.物体颜色观察板
印有红花、绿叶的白色纸板
8.白光的色散与合成实验操作底板
色光混合实验操作底板,如图6、图7所示。
三、创新点
1.利用发光二极管作为光源
(1)发光二极管价格便宜,稳定性高,耗电量少。用发光二极管作为电源成本低廉,便于普及。
(2)发光二极管种类繁多,可选择性高。本教学仪器中使用的高亮白发白发光二极管发出的光接近纯的白光,做色散实验效果好。本教学仪器中使用的高亮白发红、绿、蓝发光二极管发出的色光波长接近三基色光波波长(三基色是指红、绿、蓝三色,各自对应的波长分别为700hm、546,1nm、435,8nm),做色光合成与探究物体颜色的实验效果好。
2.遮光纸筒整合了多种功能
(1)遮光功能:遮光纸筒四周封闭,下方紧贴桌面或操作底板,唯有上方开口供实验者观察。满足实验环境的低亮度要求,保证实验现象明显、直观。
(2)狭缝与光屏功能:遮光纸筒上开一狭缝,将光源射出的发散光线进行过滤,使进入纸筒的光接近平行光,保证实验效果。纸筒内侧所贴白色光屏能更好的显示白光色散出的多种色光。纸筒下方所垫底板上还能观察到白光色散与合成的光路。
3.学生能够分组实验由于成本低廉,操作简单,本套仪器很适合学生进行分组实验,让学生经历科学探究的过程,也解决了演示实验可见度低的问题。
四、使用方法及实验效果
1.白光的色散与合成实验
使用方法:将三棱镜放置于操作底板的“三棱镜1”处:将遮光纸筒放置于操作底板对应位置,并调节纸筒上的狭缝对准底板上的A点;将白光手电放置于操作底板对应位置,按下按钮对准狭缝照射:观察遮光纸筒内的实验现象;将另一三棱镜放置于操作底板的“三棱镜2”处,重复上述步骤。
(2)实验效果,如图9、图10。
2.色光的混合实验
使用方法:将遮光纸筒放置于操作底板的对应位置;用红、绿、蓝光手电对准底板上对应的圆圈照射:观察遮光纸筒内的实验现象。
(2)实验效果。如图11、图12、 图13、 图14。
3.探究物体的颜色实验
使用方法:将遮光纸筒放置于物体颜色观察板的对应位置:用红、绿、光手电先后照射底板上的图案;观察遮光纸筒内的实验现象。
(2)实验效果,如图15、图16、图17。
五、主要特点
1.使用灵活。不受天气、太阳角度和环境亮度限制:
2.功能强大。能探究白光色散与合成、色光混合、物体颜色等试验;
3.结构简单,便于操作且实验现象明显;
4.成本低廉,损耗小,便于推广。