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1、第卷第期年月延安大学学报自然科学版,对光的干涉和衍射概念的理解李树春延安大学物理 系,陕西 延安,。摘要本文从同一层 次概念的基本要素出发,重新认识光的干涉和衍射这两个 概念的区另,和联 来。关键 词干涉 衍射 概念对光 的衍射和干涉两个概念的关系讨论 颇多,一般认为衍射普遍 存在,干涉是衍射的特殊情况有限光波 的迭加是干涉,无 限光波的迭加是衍射干涉光强用求和的方法,衍射光强用积分 的方法衍射调制干涉光强分布等等。总之,“你中有我,我中有你”,使人不得要领。本文试图从对同一层次概念理解的基本要素出发,谈几点粗浅的看法。区别同一层次概念的基本要素在物理学 中,有许多同一层次 的概念,它们同属一
2、种属概念 母项,而 它们本身是种概念子项。这些种概念各 自描述一个特定的物理现象、物理状态和物理过程,它们之 间既有本质的区别,又有 内在 的联 系。光的干 涉和衍射这两个概念,就是描述光的波动性属概念的同一层次 的种概念。还比如,描述光属性的波动说和粒子说描述光衍射的菲涅耳衍射与夫朗和费衍描光干涉的分波 面干涉和分 振幅干涉等。如何从不同的侧面和角度找 出区别它们的基本方法,学会从区别 中找联 系,从联 系 中找区别,即,“异 中求同,同中求异,这对理解概念是十分重要的。正像黑格尔说过“假如一个人能看见显而易见之异,比如,能区别一枝笔和一个骆驼,则我们不会说这个人有了不起的聪明。同样,另一个
3、人能比较两个近似的东西,比如,橡树和槐树,教堂和寺院,而知其相似,我们也不能说他有很高的比较能力,我们所要求的是能看出异中之同,或同中之异。”物理概念是反映物理现象的属性 的思维形式,要区别概念就得抓住本质属性和特定涵义,否则会含淆不清。一般来说,概 念形成 的基本要素是 由研究对象、限定条件、特有现象、特征、参量、严格定义和外围关系组成,如果把这几 点搞清楚,那么这个概念也就与其它 同一层次的概念区别开来。按照形 式逻辑,“概念是反 映事物特性 或本质的一种思维形式,而定义是概念反映的对象 的特点或本质的一种逻辑方法。”这就是说给于概念的定义是 最基本 的,只要对概念的定义不作人为的随意扩充
4、,那么,才能通过非本质的表面的区别和联系,看 出本质的区别和联系。本质的联系往往是单一的,非本质的联 系是多样的。夸收稿日期一一一一延安大学学报自然科学版第巧卷干涉和衍射的关系我们说,衍射描述的对象是一列光波在传播过程中,当光波的波面受到限制 时,光波将违背光的直线传播规律,即光有“绕射传播的行为。由此 引出衍射的定义应该是“一例光波的波 面受限时,发生违背几 何光学定律传播的行为称衍射。”光的干涉描述的对象是数列光波的相干迭加 问题,当数例光波满足相干条件时,在光波相遇的空 间形成光强分 布不均匀的现象。由此可引出干涉的定义应该是“数列 光波迭加后,在空间产生光强不均 匀的现象,称为干涉。”
5、有对比,才有鉴别。为此我们根据 同一层次概念的基本要素作如下的对比,更能体现 出这两个概念的区别衍射干涉研究对象一例波传播数例波迭加限定条件波面受限满足相干条件障碍物 限度与波长可比拟时空相干性好特有现象绕射光强分布不均匀特征参量衍射角大小可见度大小理论基础惠更斯原理菲涅耳原理相互关系衍射提供干涉干涉光场大小反映衍射程度共同性都是光的波动性证据由此可见,衍射和干涉在许多方面有显著的区别但本质的区别是衍射反映的是一列波传播形为,它与过程有关,惠更斯原理是它的理论基础。而干涉反映的是数列波迭加后的光强分布状态,它与状态有关,菲涅耳原理是它的理论基础。当在某一光学事件中二者并存时,惠更斯 菲涅耳原理
6、是它们的理论基础。尽管衍射和干涉有本质的区别,但是 它 们之间也有一定的联系,它们都是描述光的波动性的有力证据。有时,二者在 同一光学事件 中同时 出现 有时可以单独 出现。比如,在小孔衍射 中,在小孔较大 时与入相近 下,由于衍射,使光通过 小孔进入几何影 阴区,同时 由于干涉形成一组明暗相间的同心 园环,这 时衍射和干涉同时存在。但是 当小孔很小时,使衍射的第一极小衍射角为时,光场均匀 一片,这时只有衍射,而无干涉现象发生。可见,衍射与干涉的本质联系既不是的“干涉和衍射的本质都是波的相干迭加结果,”属相容的并例关系也不是所谓的“干涉是衍射的特殊情况”,属相容的从属关系,而是不相容的并列关系
7、,都是 显示光 的波动本质的两个独立的不 同光学概念。有的书上定义衍射时,加上“光强度不均匀分布”的内容有的书上定义衍射时,虽 然未加“光强度不均 匀分布”语词,但在具体解释时又不适当地把衍射的内涵 向干涉概念扩展,这就把两个反 映“传播”和“迭加”不 同对象的光学现象视为一体,把两个有确切涵 义和鲜明特征的概念混淆了。究其原因是 由于两种现象的混合,引起 了概念上的混乱。对干涉和衍射的进一步理解根据以上的分析和认识,应该把“光强度分布不均匀”从衍射的定义中删除抽出,这样就从根本上划清了它们的界线,不会造成模糊 不清的结果。由此,我们对本文开始的认识可作如下第期李树春对光的干涉和衍射概念的理解
8、的修正衍射和干涉都是普遍存在 有限光束和无限光束的相干迭加都是干涉有限相干波的迭加用求和方法,无限相干波迭加用积分的方法一组无限光束的干涉调制了有限光束的干涉光强分布,这是不同干涉的组合状 态,衍射在这里只是作为扩展光束范围达到光束相遇 而干涉。由此可见,准确定义衍射概念,是理解衍射和干涉两个概念异同的关键,由于传统 的衍射定义使衍射和 干涉这两个概念在定义上的部分重迭,致使对两种不 同光学现象在解释上 出现模棱两可。诚然,由于历史原因,往往在分析衍射波的迭加 问题时,归属于衍射的范畴,但这应当与衍射的本来涵 义相区别。参考文献华东师大政教系,形式逻辑。华东师大出版社,年,姚启钧著,光学教程,人 民教育出版社,年,上接第页参考文献,一,苏兆众,罗祖玉等,中国科学辑,一,林万敏,徐磊等,细胞生物学杂志,一,。一一。一一
