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摘 要：为了更好地解决几何光学教学中关于光的干涉、光的衍射存在的一些普遍性问题,提高教学质量,本文通过归纳分析等方法,阐述了光的干涉、光的衍射及光的直线传播三者之间的区别与联系,对学生产生的疑问进行深入分析,及时总结.
关 键 词 ：光的干涉；光的衍射；反思
在物理教学中,经常发现学生在学习、解题过程中存在种种疑问,有些疑问是个例,而有些疑问则存在着普遍性.这些大多数学生存在的具有普遍性问题,值得我们仔细揣摩.
一、由一道光学题产生的疑问
例：下列关于衍射和干涉的说法中,不正确的是（ ）.
A.衍射现象中衍射图样的明暗相间的条纹的出现是光干涉的结果；
B.双缝干涉中也存在着光的衍射现象；
C.影的存在是一个与衍射相矛盾的客观事实；
D一切波都可以产生衍射和干涉.
解析：干涉和衍射是波所特有的现象.条纹的明暗变化是干涉的结果,条纹出现的范围较大,说明有光线进入到了“影子”区域中,是衍射的结果.影的存在是衍射现象的极限表现,两者不矛盾.选C.
学生对于光的干涉、衍射的产生原因及其区别存在很大的疑问.
二、疑问产生的原因分析
1.考纲要求决定教学深度
本省高考考试说明中物理选修3-4的几何光学部分,“光的干涉”“光的衍射”知识点为Ⅰ级要求,即对该知识点要知道其内容及含义,并能在有关问题中识别和直接使用.从近几年高考的考查来看,几何光学主要以选择题的形式出现,本章节教材的编写相对简略.在教学中限于课时,只注重干涉、衍射的定义及其现象的描述,较少花精力深入辨析干涉与衍射的区别与联系,导致学生在学习该知识点时知其然而不知所以然.
2.对概念的理解不透彻
光的干涉是指两列频率相同、振动方向相同的光波相叠加,某些区域出现振动加强,某些区域出现振动减弱,并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象.因为光是概率波,振动加强区域光子出现概率高出现明条纹；振动减弱区域光子出现概率低出现暗条纹.杨氏双缝干涉现象中出现等间距明暗相间条纹,单缝衍射现象中出现不等间距的明暗相间的条纹,两者的明暗相间条纹均为光的干涉结果.在应用中只要存在明暗相机的条纹,就可以认为是出现相干光源出现的干涉结果.
光的衍射是指光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象.光在同种介质中沿直线传播,光能传播到本应该出现阴影的区域内,是因为光发生衍射的结果.
在单色光的单缝衍射现象中,如图1所示光沿直线传播只到aa′区域内,而实际上光能传播到cc′,dd′区域内,这种光传播的范围大于直线传播的区域是光的衍射结果.在双缝干涉中光传播超出图2中a、b区域,形成图3的明暗相间条纹分布也是光的衍射结果.在应用中只要光的传播过程明显偏离直线传播,就可以认为是光的衍射结果.
3.光的干涉、衍射的区别与联系
联系：干涉与衍射是波所特有的现象.光的干涉、衍射是光的波动性的体现.两者之间没有实质性的差别,均为次波相干叠加引起光强重新分布的结果.单缝衍射、双缝干涉现象均为干涉与衍射混合共同作用的结果,两者图样中都有明暗相间条纹；两者光线传播过程均偏离了直线传播方向.
区别：（1）产生条件不同.光的双缝干涉要求缝的宽度d<<λ,可以认为每条缝相当于一个线光源,所发出的光是均匀的、相同的,光的干涉现象为这两分立线光源的相干叠加,在数学处理上表现为有限项求和问题,是一种粗略的叠加结果.光的单缝衍射要求缝的宽度d与λ可以比拟,由于缝比较宽,可以认为有无数个连续的线光源,光的衍射现象是无数多列次波的相干叠加,在数学处理上表现为积分求和问题,是一种精细的叠加结果.
（2）产生的现象不同.以单色光为例,双缝干涉形成明暗相间的等间距条纹,亮度基本相同；单缝衍射形成不等间距的明暗相间条纹,亮且宽,往两侧条纹间距逐渐变大,条纹宽度逐渐变窄.
4.衍射与直线传播区别与联系
光的直线传播与衍射两者并不矛盾.由惠更斯―菲涅尔原理可知,同一个波面上各点均可看成一个次波源,该波面上所有次波源均参与叠加时,其结果依然为直线传播,等效成障碍物或孔的宽度d等于0时的情况.而该波面上部分次波源受障碍物遮蔽时,以致受到遮蔽部分次波源无法参与叠加时,在观察处对应就少了这些次波的叠加,出现衍射现象的明暗条纹,过渡到d与λ可以比拟时明显衍射的情况.当该波面上大部分次波源受到遮蔽时,过渡到d<<λ时将发生光的干涉的情况.光的直线传播为光的衍射现象的极限.
三、由该题产生的反思
学生产生疑问的原因是多方面的.由这道光学题所呈现出的问题来看,我们应该反思在教学中是否重视知识的内在联系,是否重视学生知识体系的构建,知识只有融会贯通了才能灵活应用.对学生普遍性问题我们应严谨对待,揣摩透彻,才能答疑解惑.学生的疑问是教师成长的动力,促进我们不断反思,不断学习,不断进步.