物理教學(xué)內(nèi)容研究案例*
——等傾干涉和等厚干涉的差別

王家慧 王 衛(wèi) 韓 萍 呂洪鳳 金仲輝

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 應(yīng)用物理系 北京 100083)

提高教學(xué)質(zhì)量是一個經(jīng)常需要討論和時時要做的一件事，我們認(rèn)為提高物理教學(xué)質(zhì)量的前提是教師要深入鉆研教學(xué)內(nèi)容，將正確而又寬厚的物理學(xué)基礎(chǔ)知識傳授給學(xué)生，提高他們物理學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng)，并為提高我國大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)的教學(xué)水平做出一些貢獻(xiàn)．也就是說，提高大學(xué)物理學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量的首要條件是，物理教師需要樹立終身學(xué)習(xí)的觀念．在廣泛閱讀國內(nèi)外著名教材基礎(chǔ)上，不斷研究教材內(nèi)容，能獨(dú)立判斷各種教材的優(yōu)缺點(diǎn)，乃至教材中的錯誤，不斷學(xué)習(xí)現(xiàn)代物理新知識，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，使講授邏輯性、系統(tǒng)性、嚴(yán)密性很強(qiáng)的物理學(xué)課程不再枯燥無味，相反可以變得生動有趣．教學(xué)內(nèi)容研究是指先于他人指出著名教材中的一些不足乃至錯誤之處和提出一些具有新意的教學(xué)內(nèi)容．以下我們給出物理教學(xué)內(nèi)容研究中的一個案例——等傾干涉和等厚干涉的差別．

在光學(xué)課程的講授中，都要討論薄膜的等傾干涉和等厚干涉，在討論二者差別時，除了講到等傾干涉使用的薄膜兩表面平行、等厚干涉使用的薄膜兩表面間有一微小角度和它們的干涉條紋形狀或級別有差別以外，對二者的其他差別的討論是比較少的．本案例主要討論二者在干涉定域和對光源要求上的區(qū)別．

首先要指出的是，等傾干涉條紋的觀測在無窮遠(yuǎn)，即我們常說等傾干涉定域在無窮遠(yuǎn)．所以，可以在透鏡的焦平面處設(shè)置屏幕來觀測等傾干涉條紋，如圖1所示．由圖可看出，擴(kuò)展光源上每一點(diǎn)光源(如圖中S1,S2等)所發(fā)出的相同傾角的光線，經(jīng)薄膜干涉后有相同的光程差，將會聚于透鏡焦平面上的同一點(diǎn)，也就是說，不同的點(diǎn)光源所形成的干涉條紋是完全重疊的．所以，光源越擴(kuò)展，對提高干涉條紋的清晰度越有利．總之，兩表面平行薄膜的等傾干涉，定域在無窮遠(yuǎn)，對光源的線度也無限制．

圖1

對于兩表面間有微小夾角的薄膜(劈尖)的等厚干涉來說，我們所研究的干涉條紋是定域在薄膜表面上的條紋．如果使用的是純粹的單色點(diǎn)光源，那么在薄膜表面上以及薄膜外的廣闊區(qū)域都可見到清晰的干涉條紋．但是，實(shí)際上使用的光源往往是擴(kuò)展的，具有一定的線度，如圖2所示．圖中擴(kuò)展光源上的點(diǎn)光源S1，S2在薄膜上同一干涉點(diǎn)(如圖中的P點(diǎn))上的光程差不同，所以它們在薄膜表面上形成的干涉條紋是不重疊的，擴(kuò)展光源由許多點(diǎn)光源組成，每一點(diǎn)光源在薄膜表面上形成一套干涉條紋，許多點(diǎn)光源形成的干涉條紋在薄膜表面上的位置是各不相同的．此時如果用一個透鏡L來觀測薄膜表面，在透鏡L之后相應(yīng)的屏幕上就看不到有任何的等厚干涉條紋．如果用人眼(圖2中的L現(xiàn)在代表人眼)來觀察，由于人眼的瞳孔很小，擴(kuò)展光源上只有某點(diǎn)光源(如圖2中S1)及其鄰近小區(qū)域內(nèi)發(fā)出的光線經(jīng)薄膜兩表面反射后，才能進(jìn)入人眼的瞳孔，而這些點(diǎn)光源在薄膜表面上同一點(diǎn)幾乎具有相同的光程差，于是用人眼直接觀察薄膜表面，可以看到等厚干涉條紋．

圖2

總之，在不少的光學(xué)教材里，對等厚干涉的定域問題不夠重視，以至于在介紹等厚干涉時繪出錯誤的圖來[1，2]，如圖3所示．圖3不當(dāng)?shù)脑蚴牵瑢τ诘群窀缮鎭碚f，圖中的兩條光線是不可能平行的，除非兩條光線的干涉條紋定域在無窮遠(yuǎn)，而非薄膜的表面上．此外，不少光學(xué)教材[1～4]在討論觀察等厚干涉條紋時，對光源的擴(kuò)展程度以及觀察條紋的方法也缺少討論．

圖3

從以上案例可以看出，做教學(xué)內(nèi)容研究，首先要善于發(fā)現(xiàn)可做研究的問題，再結(jié)合日常的教學(xué)工作，廣泛閱讀國內(nèi)外著名教材和物理期刊上的一些教學(xué)內(nèi)容研究文章，不斷積累相應(yīng)的知識，最后把那些知識轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)內(nèi)容，使講授更準(zhǔn)確、更透徹、更寬厚．對于教學(xué)內(nèi)容深入討論的做法，能更好地培養(yǎng)學(xué)生求真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，為他們以后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)．

參考文獻(xiàn)

1 馬文蔚.物理學(xué)[下冊].北京：高等教育出版社，2006.109

2 劉克哲.物理學(xué)[下卷](第二版).北京：高等教育出版社，1999.487

3 張達(dá)宋.物理學(xué)基本教程[下冊].北京：高等教育出版社，2008.176

4 毛駿健，顧牡.大學(xué)物理學(xué)[下冊].北京：高等教育出版社，2006.101