物理教学内容研究案例*——等倾干涉和等厚干涉的差别

王家慧 王 卫 韩 萍 吕洪凤 金仲辉

(中国农业大学 应用物理系 北京 100083)

提高教学质量是一个经常需要讨论和时时要做的一件事，我们认为提高物理教学质量的前提是教师要深入钻研教学内容，将正确而又宽厚的物理学基础知识传授给学生，提高他们物理学科的科学素养，并为提高我国大学基础物理学的教学水平做出一些贡献．也就是说，提高大学物理学课程教学质量的首要条件是，物理教师需要树立终身学习的观念．在广泛阅读国内外著名教材基础上，不断研究教材内容，能独立判断各种教材的优缺点，乃至教材中的错误，不断学习现代物理新知识，丰富课堂教学内容，使讲授逻辑性、系统性、严密性很强的物理学课程不再枯燥无味，相反可以变得生动有趣．教学内容研究是指先于他人指出著名教材中的一些不足乃至错误之处和提出一些具有新意的教学内容．以下我们给出物理教学内容研究中的一个案例——等倾干涉和等厚干涉的差别．

在光学课程的讲授中，都要讨论薄膜的等倾干涉和等厚干涉，在讨论二者差别时，除了讲到等倾干涉使用的薄膜两表面平行、等厚干涉使用的薄膜两表面间有一微小角度和它们的干涉条纹形状或级别有差别以外，对二者的其他差别的讨论是比较少的．本案例主要讨论二者在干涉定域和对光源要求上的区别．

首先要指出的是，等倾干涉条纹的观测在无穷远，即我们常说等倾干涉定域在无穷远．所以，可以在透镜的焦平面处设置屏幕来观测等倾干涉条纹，如图1所示．由图可看出，扩展光源上每一点光源(如图中S1,S2等)所发出的相同倾角的光线，经薄膜干涉后有相同的光程差，将会聚于透镜焦平面上的同一点，也就是说，不同的点光源所形成的干涉条纹是完全重叠的．所以，光源越扩展，对提高干涉条纹的清晰度越有利．总之，两表面平行薄膜的等倾干涉，定域在无穷远，对光源的线度也无限制．

图1

对于两表面间有微小夹角的薄膜(劈尖)的等厚干涉来说，我们所研究的干涉条纹是定域在薄膜表面上的条纹．如果使用的是纯粹的单色点光源，那么在薄膜表面上以及薄膜外的广阔区域都可见到清晰的干涉条纹．但是，实际上使用的光源往往是扩展的，具有一定的线度，如图2所示．图中扩展光源上的点光源S1，S2在薄膜上同一干涉点(如图中的P点)上的光程差不同，所以它们在薄膜表面上形成的干涉条纹是不重叠的，扩展光源由许多点光源组成，每一点光源在薄膜表面上形成一套干涉条纹，许多点光源形成的干涉条纹在薄膜表面上的位置是各不相同的．此时如果用一个透镜L来观测薄膜表面，在透镜L之后相应的屏幕上就看不到有任何的等厚干涉条纹．如果用人眼(图2中的L现在代表人眼)来观察，由于人眼的瞳孔很小，扩展光源上只有某点光源(如图2中S1)及其邻近小区域内发出的光线经薄膜两表面反射后，才能进入人眼的瞳孔，而这些点光源在薄膜表面上同一点几乎具有相同的光程差，于是用人眼直接观察薄膜表面，可以看到等厚干涉条纹．

图2

总之，在不少的光学教材里，对等厚干涉的定域问题不够重视，以至于在介绍等厚干涉时绘出错误的图来[1，2]，如图3所示．图3不当的原因是，对于等厚干涉来说，图中的两条光线是不可能平行的，除非两条光线的干涉条纹定域在无穷远，而非薄膜的表面上．此外，不少光学教材[1～4]在讨论观察等厚干涉条纹时，对光源的扩展程度以及观察条纹的方法也缺少讨论．

图3

从以上案例可以看出，做教学内容研究，首先要善于发现可做研究的问题，再结合日常的教学工作，广泛阅读国内外著名教材和物理期刊上的一些教学内容研究文章，不断积累相应的知识，最后把那些知识转化为课堂教学内容，使讲授更准确、更透彻、更宽厚．对于教学内容深入讨论的做法，能更好地培养学生求真求实的科学态度，为他们以后的学习打下良好的基础．

参考文献

1 马文蔚.物理学[下册].北京：高等教育出版社，2006.109

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

3 张达宋.物理学基本教程[下册].北京：高等教育出版社，2008.176

4 毛骏健，顾牡.大学物理学[下册].北京：高等教育出版社，2006.101