追溯本源 回歸教材
——對2021年江蘇省高考物理第6題的分析與思考

袁加興

（宿遷市教研室，江蘇 宿遷 223800）

1 原題呈現

例題.（2021年江蘇省高考題）鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測肥皂膜前后兩個面的側視形狀應當是

2 試題溯源

教材是高考命題專家的優質素材庫，高考試題的設計常源于教材、高于教材.通過對近幾年江蘇高考物理試題研究可以看出，目前源于教材的試題，不再是簡單地照抄課本，而是對常規的典型的問題在設問方式上進行創新，“移花接木、舊枝新顏”是常用的手段.這類試題往往給人耳目一新的感覺，令人拍案稱奇.試題設置著力考查學生對物理基本概念、基本規律的理解和應用，引導教學重視學生學科素養的培養，特別是讓學生形成物理觀念，重視基礎知識.

通過分析本考題，筆者發現試題源于人教版高中物理選修3- 4“光的顏色 色散”一節中正文演示實驗部分和問題與練習部分.試題將演示實驗（肥皂膜干涉實驗）與真實問題解決（牛頓環干涉條紋半徑變化）有機融合，了解并知道干涉條紋產生的機理，條紋分布的狀況等.從而引導考生回歸課本，去真做實驗，要認真觀察并記錄實驗現象，養成實事求是的科學態度，并運用所學的知識去解決真實問題.

教材第68頁用肥皂膜做薄膜干涉實驗，在酒精燈的燈芯上撒一些食鹽，燈焰就能發出明亮的黃光.把鐵絲圈在肥皂水中蘸一下，讓它掛上一層薄薄的液膜.把這層液膜當作一個平面鏡，用它觀察燈焰的像（圖2）.這個像與直接看到的燈焰有什么不同？

圖1

圖2 燈焰在肥皂膜上所成的像

教材第70頁問題與練習，牛頓環干涉條紋半徑變化.凸透鏡的彎曲表面是個球面，球面的半徑叫作這個曲面的曲率半徑.把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓單色光從上方射入（圖3），從上往下看凸透鏡，可以看到亮暗相間的圓環狀條紋.這個現象是牛頓首先發現的，這些環狀條紋叫作牛頓環，它是兩個玻璃表面之間的空氣膜引起的薄膜干涉造成的.如果換一個表面曲率半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環半徑是更大還是更小？如果改用波長更長的單色光照射，觀察到的圓環半徑是變大還是變小？

圖3 觀察牛頓環

3 試題分析

下面以牛頓環干涉條紋為例，闡述薄膜干涉條紋形成的機理，以及條紋分布上疏下密的原因.

在一塊光滑平整的玻璃磚的上表面，放一塊曲率為R的平凸透鏡，兩者接觸于O點，用波長為λ的平行光垂直于上表面照射（圖4），現從平凸透鏡的上表面向下看，可以看到以O點為圓心的同心圓環（圖5、圖6）.

圖4 牛頓環

圖5 單色光的干涉現象

圖6 白光的干涉現象

當單色光垂直于平凸透鏡的上表面入射時，一部分到達凸透鏡的凸面時，先由空氣層的上表面反射回去（l1），另一部分通過空氣層由其下表面反射，再通過空氣層的上表面透射出去（l2），由于實驗室中所用牛頓環球面曲率半徑很大，并且凸透鏡下表面與玻璃磚空氣層間隙又非常小，兩束反射光l1、l2彼此非常靠近，兩束反射光l1、l2必會在空間某一區域產生干涉現象，出現明暗相間的圓環.在圖7中的A點，設空氣層膜的厚度為d，則有

圖7

實際上，由于R?d，（1）式可以進一步寫成r2＝2Rd，即

同時，當一束光從折射率小的光疏介質，垂直入射（i＝0°）或掠入射（i≈90°）到折射率較大的光密介質上發生反射時，在這兩種介質分界面的入射點處，便有π相位突變，這相當于光波在該處存在半個波長的額外波程差.在A點，如果出現明條紋，有

其中k為整數，k＝1，2，3…將（2）式代入（3）式，可得出亮條紋到中心O點的半徑為.因此，相鄰明條紋之間的距離為隨著k的值越來越大，明條紋之間的間距越來越小；在O點處，，出現暗斑.同理，我們也可以分析暗條紋，也會得出類似的結論.因此，牛頓環干涉條紋為明、暗相間的條紋，無論是明條紋還是暗條紋，都是由內向外明、暗條紋均依次變窄，中間為暗斑.

圖8 薄膜前后兩個面的反射光發生了干涉

圖9 實際的薄膜形狀

圖10 肥皂膜的干涉現象

總之，教材是物理課程的核心資源，為我們理解物理、理解學生、理解教學提供了強有力的支撐，是提高課堂效率的根本保證.教學中要充分發掘教材中例題、習題、實驗、科學漫步等欄目的教學功能與育人價值，回歸知識原點，讓學生在問題的解決中強化必備知識，形成物理觀念.減少通過刷題來提高成績的不科學做法，將時間真正還給學生.在《中國高考評價體系》的指引下，立足于教學實際，認真研讀新課標，突出必備知識的基礎地位，再現知識建構過程，有機滲透科學思維，培養學科關鍵能力，提升學生學科素養.