在光影交錯間，尋找肉眼可見的波動！
正經玩每周六上午會推送一個好玩的科學實驗，可以由家長大朋友帶著小朋友在家裡動手操作。希望正經玩陪您度過每一個溫馨的親子周末，讓小朋友的童年充滿知識、愛和陪伴。
引子與先睹為快
最近北大燕園未名湖冰場開放了
好久沒滑過冰的小編打算約上小師妹一起
然後小編和小師妹一起來到了未名湖畔
看著湖上很多來來往往的滑冰者
小師妹突然問我說
「前輩，你說未名湖是冬天更美還是夏天更美」
看著眼前的景象，我說
當然是夏天的未名湖更美
風吹著岸邊的楊柳，河面上蕩漾著波紋
陽光和煦，透過老樹繁茂的枝椏
在未名湖邊的小路上投下一塊塊斑駁的蔭影
斑駁的蔭影？有了
實驗室里不是也有斑駁的蔭影嗎
實驗器材與實驗過程
實驗器材：所標杯、激光筆、銅絲(兩種粗細)、光碟、遊標卡尺（或小縫）、鐵絲網（密一些較好），鐵架台
首先我們先把兩根不同銅絲懸掛在鐵架上
然後把激光筆也固定起來
防止因為人的手抖動讓效果不明顯
如下圖所示
接下來我們就要開始測量頭髮的直徑了
頭髮？小編想了想然後拿出了實驗室的銅絲
然後我們把激光筆的激光對準銅絲
由於我們的細銅絲非常細
不仔細看都找不到它
我們給個特寫鏡頭（傲嬌的細銅絲，還有所標杯）
然後整個裝置就是這個樣子的
現在我們來看看後面光斑的細節圖吧
可以看到明顯的明暗相間的圖案
然後我們再對準較粗的銅絲
我們會發現也出現了明暗相間的圖案
而且間距明顯比上面的小
然後我們就可以根據這個間距大致算出頭髮的直徑
下面我們繼續把銅絲換成一個狹縫
這就是歷史上著名的單縫衍射實驗
然後我們用0.2mm、0.31mm和0.42mm的狹縫
然後結果如下
狹縫越大間距越小
如果我們把銅絲、狹縫換成鐵絲網呢
我們就可以得到這樣的圖片
轉動鐵絲網就可以得到轉動的圖案
這些實驗全都是用透射來得到明暗相間圖像的
那我們有辦法用反射的辦法來得到嗎
這就是光碟的用途了
我們將激光從大角度掠射到光碟上
然後我們就可以在牆上看到這樣的圖案
也可以看到明暗相間的干涉圖案
原理解說
我們知道光子具有波粒二象性
今天的這些實驗全都可以體現光的波動性
前幾個實驗都是光的衍射現象
光在傳播過程中如果遇到障礙物或小孔
光將偏離直線傳播而繞到障礙物後面
如果換成鐵絲網我們看到更複雜的圖案
這個就是周期性微結構對光的調製導致的
如果我們在微觀層面上精心設計這種周期性微結構
我們就得到了「光子晶體」
光子晶體是指是由不同折射率的介質周期性排列而成的人工微結構
這與固體材料有一定的相似性
光子的能量形成類似電子的能帶結構，可以出現光子帶隙
所具能量處在光子帶隙內的光子不能在該晶體中傳播
這也使得人們有希望掌握操縱和控制光子的方法
而最後一個實驗是干涉現象
DVD的盤面有很多微型的坑道
如果用激光照在上面
就會因為坑道而產生干涉現象
反射光就會出現漂亮的干涉圖案
然後小師妹就自己一個人去滑冰去了
幾天都沒理我
我在想我做錯了什麼？
這時外面響起了
「最美的不是下雨天，是曾與你躲過雨的屋檐」
小編突然想到正確答案：
只要有你，未名湖都美
TAG:中科院物理所 |