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1研究對象要貼近生活
文科生通常對實驗中科學研究客體的感覺是陌生的、深奧而又神秘的，甚至有距離感，實驗課上其心里有抵觸和畏懼情緒實屬正常．本實驗則提供了市面上幾類常見的可發“白光”的電光源作為研究對象，包括白熾燈、護眼燈（日光燈）、家用節能燈（緊湊型熒光燈）、手電筒（LED燈）和低壓汞燈，這樣使得學生在實驗時會對這些貼近生活的研究對象不再陌生，會感到很親切，自然也就不再有畏難甚至抵觸情緒了．
2實驗內容要設計得更具趣味性而實驗結果要更具直觀性
2.1光譜展示與研究
電光源從傳統的白熾燈、日光燈，發展到目前的LED燈、節能燈（緊湊型熒光燈）、護眼燈等．那么，這些高新科技產品的特點是什么？如何選擇學習用的照明光源？接觸到的光源是否環保？是否有利于身體健康？通過該實驗學生就可以回答這些與生活息息相關的問題，這既能引起文科學生的學習興趣，又能使學生學以致用，應用這些常識使其在生活中受益．僅憑肉眼，學生們只能感覺到光源的亮度和色調的不同，而利用三棱鏡和分光計，通過折射對復光分解，學生們可觀測到不同光源呈現的不同彩色譜線———光譜．實驗中學生觀測到的幾種常見發白光的光源光譜．實驗中看到的奇幻的、色彩斑斕的、猶如“彩虹”的實驗現象，不僅引起了文科學生的濃厚學習興趣，輕而易舉地揭開了這些高科技光源的神秘面紗，也形象生動地印證了雖然幾種光源都是發白光的，但所謂的白光其實是復合光，是由多種顏色的可見光按一定的強度和比例混合成，由于發光機制不同，光譜線（或譜帶）的顏色和條數也不盡相同，學生看到：1）白熾燈光譜在可見光的范圍內是連續譜，顏色是七色，屬于熱致發光，此類光譜還有太陽光、燭光燈．2）白光LED其譜為分立窄譜帶，譜帶只有紅、綠和藍三基色，屬于固體發光．3）日光燈、節能燈和低壓汞燈屬于氣體放電發光，由于內部封裝了汞蒸氣，光譜含有分立譜線．日光燈和節能燈分別采用鹵磷酸鈣熒光粉發光和稀土三基色熒光粉發光，后者的發光效率更高，因此也更節能．而由低壓汞燈的光譜可以明顯看到5條分立譜線，分別為黃、綠、青、藍和紫色，對應的是汞原子的特征譜線．通過光譜比較，學生們可從中體會到各種光源的異同點，了解其發光機制．感興趣的學生還可以進一步了解其他相關實驗，如利用三基色LED燈進行色合成及匹配實驗等．
2.2頻閃展示與研究
提到光源“頻閃”學生們可能覺得抽象、陌生，但如果讓他們利用手機里的照相或攝像模式對準電腦顯示器、臺燈或電視屏幕觀察，學生們會驚訝地發現這些點亮的光源是閃爍的．接下來學生們就會提出一系列問題：為什么光源會閃爍？為什么肉眼察覺不到？頻閃現象對生活有什么影響？如何利用或者避免頻閃現象？為了深刻體會頻閃的含義，專門設計了用黑匣子觀測臨界閃爍頻率的實驗．用信號發生器驅動黑匣子里1盞LED燈發光，當頻率很低時，可輕易地分辨出光源一亮一暗明顯閃爍；當頻率增加時，光源由粗閃變為細閃，當頻率繼續增大到某一數值，由于人眼的視覺暫留特性，學生感受到的不再是閃爍光，而是連續的光，這時對應的頻率即為臨界閃爍頻率．如果提高背景光（點亮黑匣子里另一盞LED燈），會發現臨界閃爍頻率減小．這是因為臨界閃爍頻率也與一些因素（如光源照射強度、背景光顏色強度、觀察者身體因素等）有關，其理論參考值為45．8Hz．通過以上簡單實驗，學生們就會明白普通日光燈是以頻率50Hz（1s變化50次）、電壓220V的正弦交流電為電源，其閃爍頻率是100Hz的道理；也知道了正因為視覺暫留效應，電影（24幀／s和24次／s遮擋，傳送頻率為48Hz）和電視（25幀／s，采用隔行掃描，傳送頻率為50Hz），這些閃爍播放的圖像看起來是連續的原因．
2.3波動深度的研究
文科學生特別關心眼睛疲勞和對電光源的選擇標準．學生們常有這樣的體會：在寬敞明亮的自習室通常比寢室內臺燈下看書學習眼睛要舒服不易疲勞．面對市面上林林總總的打著高科技旗號的臺燈產品，如何判斷和選擇這些產品呢？其實，最理想的光線是變化極其緩慢的自然光．對于穩定的照明光線，眼睛的瞳孔調節相對固定，調節量很小，不容易引起眼部光學系統損傷和視覺疲勞；對于不穩定的光線，學習時眼睛的瞳孔需要頻繁調節，調節量大，容易引起眼部光學系統損傷和視覺疲勞．
3實驗儀器要操作簡單
該實驗涉及到的基本實驗儀器是分光計和示波器．以前針對分光計開設了“分光計的調節和三棱鏡頂角測定實驗”，但學生們普遍反映實驗儀器調節枯燥、繁瑣、難度大，調節部分占去了大半時間，沖淡了儀器使用部分的內容，喧賓奪主，導致實驗內容枯燥乏味，而實驗結束后學生很難對儀器使用留下深刻印象．針對這種情況，該實驗對分光計只做簡單的調節要求，上課前由教師大致調好，課上學生只需調節轉臺和望遠鏡位置即可觀察到彩色譜線．為了使頻閃和波動深度的觀測簡單，自制了黑匣子，其頂蓋可抽拉模擬暗室避免室內光源干擾，側面留有視窗，以便學生直接體驗波動的影響．黑匣子其內部主要包括2個LED光源和光信號探測元件硅光電池．2盞LED燈，分別由外部直流電源和交流電源驅動，裝置可用來模擬頻閃和波動深度．涉及學生調節的只有幾個旋鈕．這些簡化后的實驗操作，使文科學生更容易上手，增加了學生的成就感及實驗熱情，使學生的注意力集中在實驗的觀察和結果的分析上．
4要展示高科技手段輔助的實驗結果
為了使學生了解科學前沿，進一步增強實驗的科學性，我們演示了科研上利用便攜式微型光纖光譜儀測量出的上述光源頻譜．由于光譜儀采用分光元件為光柵，波長也經過線性校準，譜線測量范圍寬，能更準確地反映光譜特性，因此，學生可以進一步看到紫外和紅外區域的譜圖．
5要深入淺出地分析、理解與引申實驗結果
通過光譜實驗，增強了學生環保意識，生活中注意避免含汞燈泡的隨意丟棄；提高了學生自身防護的科學意識，盡量多曬太陽光，避免長期在譜線缺失的光源下學習，遠離紫外輻射這類“光污染”；拉近了學生與高科技產品的距離，了解了生活中的一些科技詞匯，如“紅外理療”、“紫外滅菌”等．啟發學生思考一些貼近生活的小實驗，例如：沒有三棱鏡，可用電腦光盤分光得到光源光譜；水滴滴在電腦顯示器上（或手機屏幕，或電視屏幕），可以看到紅、綠、藍三基色，從而體會白光是復合光的道理．通過頻閃實驗，啟發學生思考為什么高速行駛的車輪有時看起來不轉或倒轉；如果晃動鉛筆，在太陽光和日光燈下，看到的“虛影”有什么不同．通過波動深度的研究，使學生了解人眼疲勞的來源，培養其個人用眼衛生，保護視力．
6結束語
本實驗內容豐富有趣，實驗儀器簡單易操作，實驗結果具體直觀，已在文科本科生中進行了一學期教學試點，達到了令人滿意的效果，使文科學生理解了所謂光源發白光的原理，及各種光源的發光特點；在學習生活中學會判斷及利用不同光源，避免光污染；糾正了學生長期以來的一些錯誤認識：諸如認為光源發光越白越亮越是好光源，白光源和太陽光一樣是連續譜，光源缺譜線對身體無害等；并且在實驗中掌握了分光計和示波器等基本實驗儀器的使用，提高了動手能力．從不同的高科技產品光源的判斷、選擇，到個人用眼衛生的培養；從增強環保意識到遠離光環境污染，這些知識的學習對學生都是大有益處的．本實驗可供相關高校文科類物理實驗教學參考．
作者：林珊 李俊慶 趙海發 單位：哈爾濱工業大學物理系
