改进干涉实验器材

1、改进干涉实验器材 获取形似干涉条纹江苏省南通市启秀中学 （226001） 马云芳 高滁山人教版高中物理教科书选修3-4中第39页波的干涉实验插图是沿用多年的水波干涉图样，如图1所示。此插图的缺点是干涉条纹不清晰，不能看出谁是干涉加强区谁是干涉减弱区，干涉加强区与干涉减弱区相互间隔开来这一特点也未显现出来，那一场景，与光的双缝干涉图样相去甚远。那么，在发波水槽中能否做出类似于教科书选修3-4中第55页图13.2-1那样的干涉条纹呢（见图2）？也就是有明显加强区域和减弱区域且相互间隔开来的图样。实践证明将实验装置稍作改进是可以做到的。图2图1一般学校使用的发波水槽不管振动器是机械式的还是电子式的，

2、用久了会失灵，而且振动器的振动频率偏小调节范围也偏小且不稳定。针对这一问题我用电磁打点计时器来代替发波水槽的振动器，收到了意想不到的效果。具体做法是：将电磁打点计时器振动片上的打点针取下，装上发波水槽上的双球振子，并将两振子间距离增大至5cm左右；把发波水槽以及电磁打点计时器放在投影器上，调整发波水槽与电磁打点计时器的位置，使双球振子尽可能位于水槽的中央；向水槽内注入15-20mm深的水，使两振子小球有1/3没入水中；分别接通投影器和电磁打点计时器的电源（电压取交流2V），在屏幕上即可出现如图3所示的干涉图样。实验装置如图4所示。图3、图4是用数码照相机拍摄的，由于水波传播过程是动态变化的，拍

3、摄图3时光圈取最小值，曝光时间长于0.1秒。反复试验证明，利用电磁打点计时器做振动器实验中不调节频率也能获得良好的实验效果，说明用发波水槽中做水波干涉实验时，双球振子振动的频率f50Hz左右时具有最佳的实验效果。将两振子之间的距离增大至d5cm左右，既使两振子之间有足够多的干涉条纹，同时满足了dkf（kN）。实验成功的另一关键因素是振动器的两个小球振子浸入水中的深度要适当。图3图4图5图5是波的干涉原理分析示意图，从图中可见振动加强的区域和振动减弱的区域是互相间隔开来的。对比图3和图5不难发现改进后的实验干涉图样与理论推导的结果基本一致；如果把光的双缝干涉图样即图2跟图3比较发现它们是那么惊人

4、的相似，如果将课本上“水槽中水波的干涉”插图由图1改为图3，经过课堂实验验证将使波的干涉教学达到理论与实践的完美结合，更有利于学生理解“波的干涉”以及“干涉图样”的意义，也为后续学习“光的干涉”和“双缝干涉图样”铺平了道路。反观图1与图5以及图2的联系就不那么直观、清晰了。直接影响了教师的教学和学生的理解，建议高中物理课本选修3-4中图12.62“水槽中水波的干涉”插图使用象图3这样的照片。用发波水槽上的振动器为什么不能调节到图3那样的效果呢？分析如下。我校物理实验室使用的是WHM型电动发波水槽，其技术参数如下：（1）供电电压：直流12V（2）振动频率：110Hz（3）使用电流：300mA使用这样的实验装置就只能产生象图1那样的水波干涉图样，产生象图3那样效果的干涉图样是振子的振动频率为50Hz的条件下获得的。假设水波传播速度v一定，根据公式v/f可知，波长与波的频率f成反比关系，实验表明在发波水槽中水波的波长太长、振幅过大都不利于稳定的干涉条纹的形成，从图5波的干涉原理分析示意图可以窥见由于波的频率较低、波长较长，双球振子之间仅能作出5条干涉条纹。从图1还可看到双球振子之间的距离偏小、双球振子之间的条纹数太少也不利于稳定干涉条纹的产生。本文建议有关实