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1、明暗条纹”的成因分析郑雄在机械波的干涉和衍射的教学中， 为了使学生能有一 个直接的感性认识， 教师常采用 “用投影仪显示发波水槽 激起水波发生干涉和衍射”的演示实验让学生直接观察， 起到了很好的教学效果， 但笔者在一次听课时发现这位教 师为了进一步加深学生的理解， 对屏幕上所出现的 “明暗 相间的条纹” 形成的原因进行分析时却出了问题， 课后笔 者同几位教师进行讨论， 发现其它有些教师也有同样的理 解上错误。而且，有的文章中也出现了同样的问题。下面 结合文章出现的问题进行分析。文章中有一举例“用投影仪显示发波水槽激起水波现象时，可列出 一系列的思维观察提纲：(1) ( 2)略( 3 )屏幕上的
2、“明条纹”处反映了波的什么？(波 谷)， “暗条纹”处反映了波的什么？(波峰) 。( 4 )波谷处出现“明条纹”的原因是什么？(水层 薄、透光强度强) ， 波峰处出现 “暗条纹” 的原因是什么？ (水层厚透光强度弱) 。( 5 )相邻“明条纹”或相邻“暗条纹”之间的距离 反映了水波的什么？(波长)(6) ( 7) ( 8) ( 9) (10)略”笔者认为观察提纲中第(3)( 4)( 5)条中的解答值得商榷。 用投影仪显示发波水槽中激起的水波现象时， 屏 幕上看到的“明、暗条纹”产生的直接原因并不是因为水 层厚薄而造成透光强度的不同所产生的。 理由很简单， 光 在任何介质中传播时都有能量的损失，
3、 在水中传播也不例外，当光在水中传播时其强度要减弱。但发波水槽中的水层本身就较薄，水层表面激起水波时， 水的振动幅度也很 小，因此在波峰、波谷处的水层厚度相差并不多，所以光 通过发波水槽后强度减弱本身就很少，通过波峰、波谷处强度变化相差就更微乎其微，因此屏幕上出现的“明、暗 条纹” 绝对不是水层的厚薄所致。为了进一步证实其分 析的结果，笔者通过实验进行了验证，将发波水槽放在投影仪上，然后用档板将发波水槽隔成两部份，在两边分别装入不同厚度的水，此时观察屏幕可发现屏幕上两边的亮 度并无明显的区别， 然后进一步观察，将其中一边装水另 一边则不装水，再观察屏幕可以发现屏幕上两边的亮度仍 无明显的区别。
4、由此可以进一步说明屏幕上的“明、暗条 纹” 一定不是因为波峰、 波谷处的水层厚度不同而使透光 强度不同所产生的屏幕上的 “明、暗条纹”究 竟是什么原因产 生的呢？根据光的传播规律，通常情况下光在两种介质的分界面上将同时发生反射和折射现象，且同一界面上入射角越大则反 射光越强而折射光将越弱,图1如果光是从光密介质射向光疏介质，且入射角达到或超过临界角时，折射光消失，即发生全反射。再来看光通过发波水槽的传播情况（为了分析问题的方便，我们不妨假设从投影仪中射出进入发波水槽 的光为平行光，因为作如此假设并不影响我们对问题成因 的分析），如图1所示，当光线从水槽中的水射向水面上 的空气时，光将在界面上发
5、生反射和折射（透射），在波 峰 a 、 e 处和波谷 c 处时，光都是垂直入射（入射角为 零），故透射光最强，投射到屏幕上时最亮，此处即出现 “明条纹” ，而在平衡点 b 、d、f 处，光的入射角最大， 则反射光最强而折射光（即透射光）最弱，投射到屏幕上 时较暗，此处即出现“暗条纹” ，如果水面波的频率较大 则波长（入二V/f ）较小，同时如果振幅又较大，则在平衡 点处水面的倾斜程度较大， 光在此处的入射角较大， 如果 达到或超过临界角 , 则此处光将发生全反射而无透射光， 在屏幕上对应位置将出现最暗的“暗条纹” 。由上述分析可知，屏幕上的“明条纹”处反映了波的 波峰和波谷，而“暗条纹”处反映了波的相邻的波峰和波 谷间的处于平衡位置处，而“明、暗条纹”产生的原因是 由于光在水面上发生反射和折射所造成透射光的强弱不 同，而不是由于水层厚薄所致。原文中所说的相邻“明条纹”或相邻“暗条纹”之间 的距离反映了水波的波长， 笔者则认为更不妥了， 如果我 们认为投射到发波水槽上的是平行光， 则按上述的分析可 知，相邻“明条纹”或相邻“暗条纹”间的距离反映了水 波的半波长，但实际上投射到发波水槽上的光并非平行 光，因此情况就更加复杂， 它不仅与水面波本身的波长有 关，还与投射到发波水槽上的光的发散程度等有关， 在此 就不作详细分析。
