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激光与光学导论
年级：9-12作者：Rebecca Agapov， AGPA工作人员来源：原创
摘要
在本课中，学生将建造一个小型的激光台，并在物体周围反射激光束。学生将接触到现实生活中激光系统的一些关键部件，并学习如何控制光的传播（控制光在激光台上的传播方式）。
目标
通过这节课，学生应该知道什么？
- 通过本课的学习，学生将了解光传播和光反射的基本原理。
通过这节课，学生应该能做些什么？
- 学生将能够使用镜子反射物体周围的光线，并在其他位置收集光线。
- 学生将能够测量光被反射出来的角度，并构建光从光源到探测器的射线图。
- 学生应该能够计算出将光线引导到靶心探测器上不同位置所需的角度。
材料
- 6块木头（大约8厘米× 8厘米× 2.5厘米）（大小并不重要，只要其中4块大小相同）
- 4面镜子（8厘米× 8厘米的正方形很好，直径8厘米的圆形镜子也可以使用），可以在工艺品商店购买
- 双面胶带
- 手持式激光笔；红色是较低的能源和电力，但绿色也可以使用
- 一瓶2升的苏打水（建议是一瓶苏打水，但任何比积木高的不反光（不发光）的物体都可以使用）
- 用白色铅笔或蜡笔在黑色纸上写字的黑色纸张
程序
订婚
前沿研究：马克·福斯特博士谈到了他的聚合物表面和界面研究，涉及纳米、生物医学应用、计算机显示和军事应用。
告诉学生，用激光照射或穿过样品，观察样品散射（反射）的光，可以识别未知物质。散射光的强度可能不足以让我们用肉眼看到，但可以用特殊的探测器看到。在今天的实验中，我们将使用靶心作为探测器。
评估：监督学生观看视频并投入其中。
探索
这个实验的重点是在物体周围放置一束传播的光，并击中一个以靶心为代表的探测器。通过重新定位镜子，光线可以更接近靶心的中心。
在开始探索之前，向学生们强调，他们不应该把激光对准彼此，也不应该直视激光束。这可能导致严重的不可逆的眼睛损伤。
- 在黑纸的中心画一个小圆圈（直径约8厘米）。这将是靶心探测器的中心。在第一个圆的外面画一个直径稍大的圆。这张黑色的纸应该看起来像上面有一个目标。
- 把这张黑色的纸粘在一块木板上，使它直立（与实验桌垂直）。
- 用双面胶带，将一面镜子分别贴在四个积木上。把镜子放在积木最大的一面。确保所有的镜子都是平对块和所有的镜子在大约相同的高度从桌子。
- 把第五个积木最大的一面面朝下放在桌子上，把激光笔放在这个积木上。
- 将2L苏打水（或选择的物体）放在激光笔前30厘米处。把靶子放在苏打底的另一边30厘米处。（这三样东西应该在一条直线上，汽水瓶在激光笔和靶心之间。）
- 打开激光束。为了在重新调整镜子时保持激光打开，在“打开”按钮上放一块胶带。
- 把两块镜子贴在上面，这样激光束就不会打到汽水瓶上，而是绕着汽水瓶走。
- 定位最后两个块，使激光束现在击中在黑纸上画的目标。
- 在你的实验笔记本上画出这个装置的示意图。注意镜子、激光器和汽水瓶的位置。同时，注意激光束击中目标的位置。
评估：让学生完成实验后回答以下问题：
- 有没有办法重新调整镜子的位置，在不同的地方击中目标？
- 你需要重新定位镜子多少次才能让激光束击中目标中心的靶心？
- 你能做些什么来改进你的实验设计？(这里的答案可能包括更好的镜子（更平坦）；更精确的安装到块；用螺丝或胶水将积木固定在桌子上，这样它们就不会摇晃或被撞到；更大的目标)；等等)。
- （高级）：镜子需要在什么角度才能绕过汽水瓶并击中目标？(最初：理想情况下，每个镜子都成45°角。主要的一点是，当光线照在镜子上时，它会以同样的角度被反射。这就是所谓的“反射定律”，在下面列出的网站上可以找到补充信息。)
- （高级）：如果激光向左移动15厘米，镜子需要处于什么角度才能绕过汽水瓶并击中目标？如果你的目标向右移动15厘米，你需要什么角度？(这里的答案取决于棋子的确切位置。这些角度可以用指南针、计算器和一些方格纸来计算。
解释
让学生们报告他们在以下方面的发现：他们的激光束离靶心有多近？他们要重新放置几次镜子？
解释这是一个重要的实验，不仅是为了了解光如何传播（传播），而且是关于准确性的，这对科学工作至关重要。
评估：监督学生参与讨论并理解所呈现的概念。
细化
学生们可以把这个实验和他们在几何课上所学的东西联系起来。
- 用一张纸和一个指南针，让学生们画出光是如何反射的，因为他们知道光反射到镜子上的角度是一样的。学生们可以测量放置镜子以击中目标所需的角度，并与纸上的计算结果进行比较。
- 如果目标向左或向右移动了15厘米，或者其中一个镜子被移走，学生也应该能够重新定位镜子（在纸上和实验中）。（绘制激光光束走向的图表是每个从事光学工作的人在开始实验之前都要做的一项重要练习。）
评估：检查学生的角度是否正确。
先决条件
基本几何（用于精细化练习）
最佳教学实践
与标准保持一致
国家标准:
bet365官网的标准:
内容知识
以下网站提供有关激光的资料：
对于光学和反射的基本介绍：
安全
不要直视激光束。它会造成严重的不可逆的眼睛损伤。
应用程序
激光和光学用于DVD和CD播放机、条形码扫描仪、精密测量、科学设备和精密手术。目前，宝马（BMW）也在研究将激光用于车头灯，而政府也在研究将激光用于基于激光的武器，就像《星球大战》（star Wars™）电影中出现的那样。
评估
评估在学习周期的每个步骤中完成。为了获得真实的评估，学生可以被要求在线研究激光并制作简短的演示文稿。
其他的考虑
分组建议：理想情况下，学生应以2人为一组。然而，由于必需的物资数量，3或4人一组就可以了。让所有学生在他们的实验笔记本上画出激光台的示意图。
节奏/建议时间：本课课时为40分钟。
可打印的PDF工作表
从鸟瞰激光设置的框图（自上而下）。(Jpeg)
