浅析光的干涉教学难点的突破，本文主要内容关键词为：难点论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
光的干涉是物理光学的重点内容。本文针对学生易错、难懂的问题，谈谈紧扣光程差和应用能量观点，突破光的干涉教学难点，降低教学难度的一些尝试，旨在抛砖引玉。
一、难点之一：相干条件和相干光源的获得
（一）易错
不少学生认为两束光仅满足频率相同的条件，就一定会产生干涉现象。
（二）错误原因
课本上并没有给出光的干涉条件作一明确的说明，学生易形成以偏带全的错误。
（三）难点突破
获得稳定光的干涉的必要条件是两束光的频率相同；振动方向相同；有恒定的相位差。满足相干条件的光源叫做相干光源。从相干条件看一般的两束光是很难满足的。如两光波仅频率相等而相位差时刻在变，则干涉花样将无规则变化，就不能得到稳定干涉图样。
1.实例分析
两盏电灯照亮的区域观察不到光的干涉现象，同一发光体的不同部分发出的光相遇，通常也不能产生光的干涉。这是因为物质中原子的跃迁引起光源辐射的光，具有不连续性（辐射过程常常中断，延续时间很短约
s）和无规则的间歇性，每经过一个极短的时间，相位差就会发生改变，各列光波的相位无规则变化，使得两个独立光源发出的光不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相位差。因此，两个独立的光源（或者在同一发光体的不同部分）发出的光互不相干，不能产生光的干涉。
2.相干光的获得
基本原理：只有把一个光源的同一点发出的光，设法分为两束再相遇，才可满足相干条件。
［案例1］双缝干涉
托马斯·杨巧妙而简单地解决了相干光源的问题。在实验室里成功地观察到了光的干涉。
效果：
相当于两个振动情况完全相同的波源（因为它们都是同一光源发出的，永远有相同的位相），满足干涉条件。
［案例2］洛埃镜实验
基本装置：如图2，此装置能更简单地观察干涉现象。S为单色光源，MM′为一平面镜。
效果：光源以很大的入射角（近于90°）照射到平面镜上，反射光好象从S的虚像S′出发而和直接从S发出的光同时射到光屏上，实际光源S本身和它的虚像形成相干光源。
图2
3.类比突破
类比机械波干涉振源满足“振动步调相同”的条件，光波干涉可将一点光源发出的光“分成了两个振动情况总是相同的波源”，满足相干条件能够产生光的干涉。考虑到学生认知水平，教学中可以不提出两束光干涉的完整的条件，而采用与机械波干涉类比的办法，既实行了知识的迁移，又降低了学生学习的难度。
二、难点之二：光程与光程差的理解
（一）光程差在教材中所起的作用
光程差是光的干涉的核心，是分析光的干涉的基本方法，贯穿着波动部分的始终，光的干涉现象的基本规律都是从分析光程差入手的。
（二）光程、光程差的理解
光程是光在媒质中所经历的几何路径折合成光在真空中的路程。光程的大小等于光在媒质中经历的几何路程r与媒质折射率n的乘积nr。如果光线连续穿过几种媒质时光程为
，中学物理大多数情况讨论的是光在空气中的路程（简称路程）。
来自同一点光源的两束相干光，经历不同的光程在某点相遇，两束光线的光程之差称为光程差δ，若两束相干光在空气中某点相遇的光程差即为路程差。
（三）用光程差突破疑难问题
1.薄膜干涉中增透膜的厚度
相当一部分学生得到的答案正好与上述答案相反，其错误原因是对形成明暗条纹时光程差的条件没有理解全面和深刻。δ=kλ处一定出现明纹的条件是两相干光源振动方向同向。
三、难点之三：不会用能量观点分析光的干涉现象
（一）增透膜，增反膜
1.错误认识：不少学生认为“增透膜增加入射光的能量”了，干涉条纹中的“暗”纹是能量损耗了，“明”纹是能量增加了。
2.难点突破：从能量转化与守恒的角度看，光的干涉现象只是光波能量的重新分配。暗纹处光能量几乎为零，亮纹处能量较强。光的干涉并没有产生能量，而是按波的传播规律，到达明纹处的光能量比较集中，而暗纹处基本没有光能量传到该处。增透膜是反射光产生相消干涉，入射光的能量一定，反射光的强度减弱。据能量守恒，透射光的强度必然增强。
例2.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5，所要消除的紫外线的频率为
，那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？
分析：对强度一定的入射光，为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，故光程差应该是波长的整数倍，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的
。
（二）牛顿环
课本［人教社出版的普通高中物理教科书（必修加选修）第3册］第37页的习题部分介绍了牛顿环，给出的牛顿环是入射光经牛顿环两次反射光产生的干涉，迎着牛顿环的反射方向观察，中央是暗斑。从能量守恒的角度分析可知，入射光的强度一定，反射光相消时透射光必然最强。如果从平玻璃板下面观察透射光，还看到中央是亮斑的牛顿环，并且透射光产生的牛顿环条纹与反射光的牛顿环条纹互补，即明暗条纹的位置互换。