高中物理教學(xué)中，在講到光的衍射時，為使泊松亮斑實(shí)驗演示更簡易直觀、材料易得，筆者發(fā)現(xiàn)用直徑為6mm的小鋼珠和壹圓的硬幣作為圓屏，效果十分理想，本文以小鋼珠為主進(jìn)行研究。

一、演示實(shí)驗在室外進(jìn)行

選擇適當(dāng)大小的小鋼珠，將它與屏幕放在激光束的適當(dāng)位置，可以使衍射圖樣獲得足夠高的亮度和足夠大的尺寸。演示可以在教室走廊里進(jìn)行，為使衍射圖樣清晰度高，在陽光照射不到時或晚上進(jìn)行最好。

1.取直徑為6mm的小鋼珠為研究對象，激光器距小鋼珠約4m，屏幕則是距小鋼珠20m遠(yuǎn)的白色光滑墻壁。

取一個顯微鏡配備的蓋玻片(1.8cm×1.8cm，厚度為0.18mm)，用302膠水將鋼珠粘在蓋玻片中心位置，再將蓋玻片粘在一條形金屬片上，如圖1所示。待凝固后，將金屬片用夾持物夾住，固定在光路中，并使光束沿著蓋玻片平面的法線直接照射到小鋼珠上。

 

 

在屏幕上，我們可看到如圖2所示的衍射圖樣(實(shí)際上是筆者將紙鋪在屏幕上衍射圖樣處，抓住主要細(xì)節(jié)臨摹的示意圖，黑線條代表亮條紋，顏色深淺表示亮條紋的強(qiáng)弱)，該圖樣直徑大于10cm，效果非常理想。

實(shí)驗還發(fā)現(xiàn)，激光束與蓋玻片平面法線所成的角不是太大時，或者用厚度大的載波片(7.5cm×5cm，厚度1mm)代替蓋玻片時，或者將蓋玻片翻過來，讓激光先通過蓋玻片然后再照到鋼珠上時，衍射圖樣覺察不出有明顯變化。

這種小鋼珠，不僅大小適中，而且在自行車維修鋪，廢棄的這種鋼珠俯后皆是。

由于蓋玻片有效面積稍小，下面的研究，在無特殊說明時，都是用載波片來裝載小鋼珠的。

2.換直徑大于6mm的鋼珠來實(shí)驗，可發(fā)現(xiàn)，隨著直徑的增加，幾何陰影區(qū)的亮圓環(huán)趨于更細(xì)、更暗，直至消失，而陰影區(qū)的中心始終有亮斑，甚至用強(qiáng)磁鐵吸住一小鐵釘，將壹元的硬幣吸附于釘子下端來實(shí)驗(載波片有效面積有限，而要使光衍射，須使光射到障礙物邊緣，由于光束傳播中逐漸變粗，故采用此法，且硬幣須向屏幕靠近)，也能在陰影中心看到一個較暗的光斑，盡管此時其余的陰影區(qū)已完全變暗了，陰影外側(cè)的明暗圓環(huán)也已不夠明顯了。

這類尺寸的鋼珠，裝載不太方便。

需要說明的是，用壹圓的硬幣演示，實(shí)驗效果會讓學(xué)生驚嘆不已。

3.若取直徑小于6mm的鋼珠實(shí)驗，幾何陰影區(qū)明暗環(huán)更粗、更亮，效果亦佳。只是鋼珠太小，不直觀。

二、實(shí)驗在室內(nèi)進(jìn)行

上述各項實(shí)驗之所以要求長距離，是受光束太細(xì)這一因素制約造成的。要在室內(nèi)進(jìn)行，需要擴(kuò)束。

最簡單的辦法是用凹透鏡來擴(kuò)束。如圖3。

 

 

這里仍用直徑為6mm的小鋼珠，衍射圖樣可呈現(xiàn)在教室后面墻壁上。透鏡位置要適當(dāng)，不能使墻上的光斑過大，以避免光斑亮度過低。它和載波片(其上載有小鋼珠，可用膠粘在光學(xué)實(shí)驗中專用金屬桿上)可置于光距座上。筆者用焦距為8cm的凹透鏡置于激光器輸出口處，讓光沿主光軸通過，小鋼珠距透鏡0.9m，距教室后墻壁約10m。若不放透鏡和鋼珠，墻壁上的光斑直徑約為3cm，用透鏡不放鋼珠時，約為8cm，放上透鏡和鋼珠后，衍射圖樣直徑約12cm。

用小鋼珠作為圓屏，實(shí)驗效果是很理想的。直徑為6mm的小鋼珠，可為實(shí)驗材料之首選。至于硬幣的使用不再贅述。

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