由一道例題引發的爭議和教學反思

摘要：本文通過“光的干涉和衍射”這一堂復習課的一些問題探討，說明在新課程理念下，重視并利用學生質疑、實施探究教學，以及教師在課前帶著問題去充分研究教材、學生等課程要素的重要性。

關鍵詞雙縫干涉；單縫衍射；新課程理念；教學反思

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2007)5(S)-0020-2

1 問題的由來

在“光的干涉和衍射”復習課教學中，筆者把1997年全國普通高考物理第5題作為例題來分析。原題如下：

在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時

A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失

B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在

C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮

D.屏上無任何光亮

教學時，先引導學生分析相干條件，從而排除A、B選項；然后分析雙縫中分別有紅光和綠光通過，從而排除D選項，正確的選項只有C。這時，有好幾個學生幾乎同時提出：“屏上的光亮是什么樣子的呢？”我就引導學生分析，得出的結論是“屏上出現了紅光和綠光分別發生的單縫衍射條紋疊合在一起?！北疽詾檫@就解決此題了，不料，一位學生又提出：“那么能否把雙縫干涉理解為是兩個單縫衍射的疊加呢？”結果引發了全班學生的一場爭論，還提出了其它一些問題，如“雙縫干涉中有無單縫衍射呢？”、“雙縫干涉與單縫衍射究竟有什么關系呢？”等等。由于課前沒有充分研究教材和學生，毫無這些問題的意識和準備，弄得這堂復習課進退兩難、草草收場。

2 問題的分析

2.1 例1中屏上的光亮是兩種單縫衍射條紋的疊合嗎？

結論是肯定的。因為雙縫干涉實驗中的每個縫寬滿足發生明顯衍射的條件，所以應該是能夠分別發生單縫衍射的。只是由于發生單縫衍射時，第一暗紋的角度θ滿足：a sinθ=λ，所以當縫寬a接近光的波長λ時，第一暗紋的角度θ接近90°，由于上下兩條暗紋是中央亮紋的邊界，該亮紋覆蓋整個屏，因此屏上能看到紅光和綠光疊合的光亮，卻覺察不到明顯的衍射條紋。

2.2 雙縫干涉是兩個單縫衍射的疊加嗎？

結論是否定的。因為兩者雖然在本質上都是波疊加的結果，但雙縫干涉是分別通過兩個縫中的兩列相干光波在屏上疊加產生的，而單縫衍射是通過同一縫中的不同點發出的惠更斯子波在屏上疊加產生的；即雙縫干涉是有限的兩列波的相干疊加，而單縫衍射卻是無限多列波的相干疊加；因此雙縫干涉并非是兩個單縫衍射的疊加。

2.3 雙縫干涉中是否存在單縫衍射條紋呢？

結論是肯定的。理由同上第1點，只是當a≤λ時，屏上覺察不到單縫衍射條紋的“影子”；只有當a>λ且又能滿足明顯衍射的條件時，才能在雙縫干涉圖樣中呈現出較為明顯的單縫衍射條紋的“影子”（如圖1-(c)和圖2-(a)所示）。

2.4 單縫衍射條紋的\"影子\"是如何體現在雙縫干涉條紋中的呢？即雙縫干涉與單縫衍射究竟有什么關系呢？

根據大學物理教材“雙縫的衍射”介紹，“在雙縫實驗中，暗含地假設了縫的寬度比起照射它們的光的波長是細窄的，就是說，a≤λ。對這樣窄的縫，每條縫的衍射圖樣的中央極大覆蓋了全部觀察屏。還有，來自兩縫的光的干涉產生強度近似相等的明亮條紋?！彼裕谶@種條件下，雙縫干涉圖樣中幾乎覺察不到單縫衍射條紋的“影子”?！叭欢?，實際上用可見光時，a≤λ的條件常常不能滿足。對于相對寬的縫，來自兩條縫的光的干涉產生的明紋的強度并不都相同。這就是說，雙縫干涉產生的條紋的強度被通過每條縫的光的衍射調制了。如圖1-（a）、（b）、（c）和圖2-（a）、（b）所示。”

綜上所述，雙縫干涉并非是兩個單縫衍射的疊加，但當縫寬非極窄時，雙縫干涉中存在著單縫衍射條紋的“影子”，即雙縫干涉產生的條紋的強度被通過每條縫的光的衍射調制了（如圖1-(c)和圖2-（a）所示）。

3 教學反思

3.1 在新課改的背景下，教師要轉變觀念，要充分重視并利用學生的質疑。即使象筆者的這堂復習課，雖然被學生質疑到“進退兩難”的尷尬境地，但仍有很大價值。因為畢竟學生的主動探究“動”起來了，至少比“教師說，學生聽、記”的“完美課”要有價值得多。只有這樣，才能培養學生的科學態度和科學精神，也能真正體現教學相長。

3.2 雖然學生的主動探究是“動”起來了，但被學生質疑到“進退兩難”的尷尬境地，也難以達到真正充分的探究。所以作為教師既要大膽改革、在教學中不斷實踐新課程理念，同時也要不斷鉆研，尤其是在課前要帶著問題充分研究教材、學生等課程要素。比如，筆者的這堂復習課，雖然在課程標準中的知識要求并不高，也不需要探究得如此深入，但學生既然提出了質疑，教師就必須妥善應對處理，如果課前對本文的這些問題有所研究，那么教師面對質疑時就心里有數，處理時就能做到詳略有度、收發自如。

總之，對教師來說，新課改既是一種機遇，更是一種挑戰。我們只有積極投身于新課改的大潮中，不斷探索、銳意進取，才能不斷完善課堂教學，真正落實新課程理念。

參考文獻：

［1］［2］［3］［美］哈里德、瑞斯尼克、沃克著，張三慧、李椿等譯，物理學基礎（原書第6版），機械工業出版社，2005年8月第1版940～952頁

(欄目編輯黃懋恩)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。