寻找肉眼可见的波动

作者: 吴尚飞 & yangfz

来源: 中科院物理所

发布日期: 2018-01-20 12:33:14

本文介绍了通过一系列科学实验展示光的波动性,以及如何在家中进行这些实验。实验包括使用激光笔、铜丝、光盘等器材,通过衍射和干涉现象观察光的波动特性。文章还提到了作者与小师妹在未名湖畔的对话,以及实验后的反思。

在光影交错间,寻找肉眼可见的波动。正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验,可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末,让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。最近北大燕园未名湖冰场开放了,好久没滑过冰的小编打算约上小师妹一起。然后小编和小师妹一起来到了未名湖畔,看着湖上很多来来往往的滑冰者。小师妹突然问我说,“前辈,你说未名湖是冬天更美,还是夏天更美?

”看着眼前的景象,我说,当然是夏天的未名湖更美。风吹着岸边的杨柳,河面上荡漾着波纹,阳光和煦,透过老树繁茂的枝桠,在未名湖边的小路上投下一块块斑驳的荫影。斑驳的荫影?有了,实验室里不是也有斑驳的荫影吗。实验器材与实验过程:实验器材:所标杯、激光笔、铜丝(两种粗细)、光盘、游标卡尺(或小缝)、铁丝网(密一些较好),铁架台。

首先我们先把两根不同铜丝悬挂在铁架上,然后把激光笔也固定起来,防止因为人的手抖动让效果不明显。如下图所示,接下来我们就要开始测量头发的直径了。头发?小编想了想然后拿出了实验室的铜丝,然后我们把激光笔的激光对准铜丝。由于我们的细铜丝非常细,不仔细看都找不到它,我们给个特写镜头(傲娇的细铜丝,还有所标杯)。然后整个装置就是这个样子的,现在我们来看看后面光斑的细节图吧,可以看到明显的明暗相间的图案。

然后我们再对准较粗的铜丝,我们会发现也出现了明暗相间的图案,而且间距明显比上面的小。然后我们就可以根据这个间距大致算出头发的直径,下面我们继续把铜丝换成一个狭缝,这就是历史上著名的单缝衍射实验。然后我们用0.2mm、0.31mm和0.42mm的狭缝,然后结果如下,狭缝越大间距越小。如果我们把铜丝、狭缝换成铁丝网呢,我们就可以得到这样的图片,转动铁丝网就可以得到转动的图案。

这些实验全都是用透射来得到明暗相间图像的,那我们有办法用反射的办法来得到吗,这就是光盘的用途了。我们将激光从大角度掠射到光盘上,然后我们就可以在墙上看到这样的图案,也可以看到明暗相间的干涉图案。原理解说,我们知道光子具有波粒二象性,今天的这些实验全都可以体现光的波动性。前几个实验都是光的衍射现象,光在传播过程中如果遇到障碍物或小孔,光将偏离直线传播而绕到障碍物后面。

如果换成铁丝网我们看到更复杂的图案,这个就是周期性微结构对光的调制导致的。如果我们在微观层面上精心设计这种周期性微结构,我们就得到了“光子晶体”。光子晶体是指是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构,这与固体材料有一定的相似性,光子的能量形成类似电子的能带结构,可以出现光子带隙,所具能量处在光子带隙内的光子不能在该晶体中传播。

这也使得人们有希望掌握操纵和控制光子的方法,而最后一个实验是干涉现象。DVD的盘面有很多微型的坑道,如果用激光照在上面,就会因为坑道而产生干涉现象,反射光就会出现漂亮的干涉图案。然后小师妹就自己一个人去滑冰去了,几天都没理我,我在想我做错了什么?这时外面响起了“最美的不是下雨天,是曾与你躲过雨的屋檐”,小编突然想到正确答案:只要有你,未名湖都美。

上期回顾,NO.90水盆里的气泡,01-夏日微风的实验分享如下:02-Gcy的实验分享如下:03-四火的实验分享如下:04-廖鑫的实验分享如下:05-玉霖的实验分享如下:06-德与岩的实验分享如下:◆◆投票时间于1月23日00:00(即星期二12点整)截止,我们每期都会为实验投票最高的同学送去一份礼物(扑克或者所标杯)。48小时没有和我们互动的用户,我们无法给您发送消息。

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