摘 要：本文結(jié)合現(xiàn)階段教學(xué)實(shí)際，重點(diǎn)探討了大學(xué)物理中波動(dòng)光學(xué)的教學(xué)，希望以此提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；波動(dòng)光學(xué)；教學(xué)

一、大學(xué)物理波動(dòng)光學(xué)的概況

大學(xué)物理是理工專業(yè)學(xué)生的必修課之一，也是學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作必須掌握的基礎(chǔ)知識。波動(dòng)光學(xué)是以光的波動(dòng)性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光的傳播及規(guī)律的一門學(xué)科，是大學(xué)物理中的必修內(nèi)容，涉及光的干涉、衍射與偏振，其在物理學(xué)中的作用非常重要。目前涉及波動(dòng)光學(xué)內(nèi)容的大學(xué)專業(yè)有：勘查工程與技術(shù)、石油工程，建筑設(shè)計(jì)專業(yè)、建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)、信息測控技術(shù)、自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料成型及控制工程，等等。

二、波動(dòng)光學(xué)教學(xué)探討

1.以光程和光程差為主線

在進(jìn)行光的干涉與衍射教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)督促學(xué)生重點(diǎn)理解與掌握光程與光程差的概念。光程（L）指介質(zhì)折射率（n）與光在介質(zhì)中幾何路程（I）之間的乘積。光程旨在換算光在介質(zhì)中的幾何路程為光在真空中的幾何路程，這樣光程差即是兩束光在介質(zhì)中傳播時(shí)的光程差值。而大學(xué)物理光的干涉與衍射章節(jié)重點(diǎn)研究干涉與衍射條紋、干涉與衍射規(guī)律等。要想弄清這些知識點(diǎn)，最重要的是理解光的干涉與衍射知識的關(guān)鍵問題，具體來說就是弄清光程與光程差的內(nèi)涵。所以，大學(xué)物理教師要讓學(xué)生全面理解光程與光程差的概念，并加強(qiáng)學(xué)生對光程與光程差的計(jì)算能力，在此基礎(chǔ)上慢慢引入光的干涉與衍射問題。

2.突出重點(diǎn)，復(fù)雜問題簡單化

大學(xué)物理課程中，波動(dòng)光學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容是：光的干涉、光的衍射和光的偏振。而光的干涉可以分為兩種：分波陣面法、分振幅法。其中，分波陣面法干涉主要以楊氏雙縫干涉為案例進(jìn)行研究，分振幅法干涉包括等傾干涉與等厚干涉，后者是研究重點(diǎn)。

（1）光的干涉

例一：以楊氏雙縫干涉為例，假設(shè)波長為λ的平行單色光，直射雙縫為S1、S2，如果S1、S2之間距離為d，則S1、S2所在平面到屏的距離為D。如果與A點(diǎn)相遇產(chǎn)生干涉，這束光垂直照射，因此光源S1、S2振動(dòng)的位相也相同，那么S1、S2在A點(diǎn)處產(chǎn)生光振動(dòng)的光強(qiáng)由它們到A點(diǎn)的光程差δ決定。δ=xd/D，所以，光程差必須滿足：

明紋光程差δ=±2kλ/2（k=0，1，2，3...）

暗紋光程差δ=±（2k+1）λ/2（k=0，1，2，3...）

由此可得出明紋和暗紋的坐標(biāo)、條紋寬度等數(shù)據(jù)：

明紋坐標(biāo)δ=±2k（D/d）λ/2（k=0，1，2，3...）

暗紋坐標(biāo)δ=±（2k+1）（D/d）λ/2（k=0，1，2，3...）

條紋寬度：Δx=（D/d）λ

例二：以牛頓環(huán)和劈尖干涉為代表的等厚干涉為例，研究分振幅干涉。在分振幅干涉中計(jì)算光程差，要注意分清是否存在半波損失。單色光垂直照射玻璃，光從空氣膜的兩表面反射導(dǎo)致干涉，在劈尖表面看到干涉條紋。如果劈尖厚度為e，那么由上下表面反射的兩相干光的光程差為δ=2n2e+λ/2；在平行于棱邊的直線上的每點(diǎn)處，如果空氣膜的厚度e相同，那么光程差必須滿足：

明紋光程差δ=2n2e+λ/2=2kλ/2（k=0，1，2，3...）

暗紋光程差δ=2n2e+λ/2=（2k+1）λ/2（k=0，1，2，3...）

薄膜厚度差Δe=λ/2n，劈尖干涉條紋寬度ΔI=λ/（2nθ）

由此可見，劈尖干涉也同樣能使用光程差探究干涉條紋，簡單易懂。

（2）光的衍射

在探討光的衍射知識時(shí)，學(xué)生必須熟練掌握菲涅爾半波帶法，充分利用其研究衍射條紋。菲涅爾半波帶法指把透過單縫的光波波面分成若干條帶，不同條帶邊緣存在的衍射光線與匯聚點(diǎn)的光程差距離相同，都是半個(gè)波長。

相鄰的兩個(gè)半波帶，它們相對的子波發(fā)出的衍射光線和匯聚點(diǎn)的光程差距離相同，且都是半個(gè)波長。由此可見，它們兩兩相干疊加、兩兩抵消，得出相鄰的半波帶在匯聚點(diǎn)所發(fā)生的光振動(dòng)的光強(qiáng)都是0。而決定衍射條紋數(shù)值的因素是透過波陣面能成功分成半波帶的條數(shù)。如果每個(gè)衍射光線的最大光程差都相同，假設(shè)為L，而δ=L=asinθ，L又等于入射單色光半波長的整數(shù)m倍，由此可得出：

暗紋光程差：asinθ=±2kλ/2=±kλ（k=0，1，2，3...）

明紋光程差：asinθ=±（2k+1）λ/2（k=0，1，2，3...）

值得一提的是，決定光的衍射條紋分布規(guī)律的關(guān)鍵因素是光程差，單縫衍射條紋的敏感紋條件恰好與楊氏雙縫干涉條紋的明暗條件相反。究其原因，是因?yàn)殡p縫干涉中涉及的光程差僅僅是對兩相干光束而言的，單縫衍射中光程差的值正好是單縫兩側(cè)衍射光線的最大光程差。

綜上所述，波動(dòng)光學(xué)的主要內(nèi)容是光程與光程差，加強(qiáng)對光程與光程差的研究，探究光的干涉與衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，可以使波動(dòng)光學(xué)的教學(xué)思路更加明了，使復(fù)雜問題簡單化，有利于學(xué)生對知識的理解和掌握。

參考文獻(xiàn)：

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