独立学院大学物理中波动光学的教学探讨

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1、独立学院大学物理中波动光学的教学探讨　　【摘要】本文探讨了大学物理中波动光学内容的教学。将“光程和光程差”贯穿于光的干涉和衍射教学，对学习波动光学的基本概念和基本原理具有重要的意义。通过突出重点、优化内容、结合实际，来提高教学效果。　　【关键词】大学物理波动光学光程差教学改革　　【基金项目】2011年院级教学研究项目“基于按学科大类培养的大学物理教学改革研究”(JY201111)。　　【中图分类号】G642.0【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2014）05-0164-02　　《大学物理》是理工科院校的一门重要的基础

2、课，为工程技术人员今后从事交叉学科和边缘学科工作提供必备的基础知识。波动光学是大学物理课程中非常重要的组成部分，内容包括光的干涉、光的衍射和光的偏振，无论理论还是应用都在物理学中占有重要地位。在学习这部分内容时，学生常常将各章内容、各个知识点孤立起来，因此感到内容抽象、公式繁杂、不易掌握。实际上，将“光程和光程差”贯穿于整个波动光学的教学过程，既具有简洁、直观和逻辑性强的特点，又便于学生掌握相关知识、提高学习效果，对理解波动光学的基本概念和掌握光的波动性的基本原理具有重要的意义[1]。　　1.教学现状9　　现有大学物理教学普遍存在

3、内容多且深，但学时少的现状。作为一所以工科为主的独立学院，培养的是应用型人才。依据我院的办学宗旨和学生的实际接受水平，大学物理教学以淡化理论，注重应用的原则来优化课堂教学。考虑到各系各专业的后续专业课程对大学物理知识的需求，目前我院大学物理课程正尝试并实行模块化教学。　　目前涉及波动光学内容教学的专业有：石油系的勘查工程与技术、石油工程、资源勘查工程等专业；城建系的建筑环境与设备专业；信息系的测控技术与仪器、自动化、电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术等专业；机械系的机械设计与制造、材料成型及控制工程、过程装备与控制工程等专业

4、。石油系和城建系的四个专业教学学时和内容相同，波动光学的教学学时为16学时；而信息系和机械系的八个专业教学学时和内容相同，其中波动光学的教学学时仅为10学时，相对较少。针对各学科大类的要求，对光学教学的内容和方法必须进行相关的教学改革。　　2.教学内容的改革　　2.1以光程和光程差为主线　　9在光的干涉和光的衍射这部分内容的教学中，掌握和应用光程和光程差的概念十分关键。光程是介质折射率n与光在该介质中几何路程l的乘积，即L＝nl。光程的物理意义是将光在介质中的几何路程换算成光在真空中的几何路程。光程差是两束光在介质中传播的光程之差

5、，即?啄＝n2l2－n1l1＝L2－L1[2]。在光的干涉和光的衍射这两章中，大部分内容都着手直接研究光的干涉和衍射现象即干涉和衍射条纹及其干涉和衍射规律。即使某些章节不直接讨论这些问题，但也间接为研究这些问题服务。而要研究和弄清干涉和衍射原理，关键就是分析计算光程及光程差。所以，在整个教学过程中，给学生灌输光程及光程差的思想和概念，训练学生计算光程和光程差的能力，从而利用光程差来研究光的干涉和衍射规律。　　光程差的计算要考虑两项，一项是几何路程差引起的，另一项要考虑反射面情况，当光线从光疏介质射向光密介质时，反射光中会产生半波损

6、失，其他情况则没有。后面的具体讨论都将突出光程差的重要性，且利用光程差更为简便。　　2.2突出重点、精简内容　　波动光学包括光的干涉、光的衍射和光的偏振三章内容，而光的干涉和光的衍射是研究的重点。光的干涉主要讨论分波阵面法干涉和分振幅法干涉。分波阵面法干涉是以杨氏双缝干涉实验为例来重点研究光的干涉规律；分振幅法干涉即薄膜干涉包含等倾干涉和等厚干涉两种情况，劈尖干涉与牛顿环干涉是典型的等厚干涉，也是研究的重点。光的衍射以单缝衍射为重点，进而结合单缝衍射和干涉来介绍光栅衍射的规律。光的偏振简单介绍光的偏振性，并可考虑把偏振光的干涉内容

7、揉进干涉部分，从而使学生容易理解，也简化了教学层次[3]。下面重点介绍根据光程差来讨论光的干涉和光的衍射教学研究。　　2.2.1光的干涉　　9以杨氏双缝干涉实验为例，来研究分波阵面法干涉的原理及规律，并说明光程与光程差在光的干涉问题中的应用。杨氏双缝干涉实验的光路如图1所示。设波长为?姿的平行单色光垂直照射到双缝S1和S2上，S1和S2的距离为d，双缝S1、S2所在平面到屏的距离为D。在屏上点A相遇产生干涉。由于光垂直入射，光源S1、S2光振动的位相相同，它们在点A引起光振动的光强完全取决于它们到达A点的光程差?啄。根据几何关系得

8、知?啄=xd/D，因此对于光程差满足：　　?啄=±2k?姿/2(k=0,1,2,…)……明纹　　?啄=±(2k+1)?姿/2(k=0,1,2,…)……暗纹　　可得出明暗纹坐标及条纹的宽度。　　x=±2k(D/d)?姿/2……明纹坐标　　x=±(2k