明暗條紋的成因分析

1、“明暗條紋的成因分析鄭雄在機(jī)械波的干預(yù)和衍射的教學(xué)中,為了使學(xué)生能有一個(gè)直接的感性熟悉,教師常采用“用投影儀顯示發(fā)波水梢激起水波發(fā)生干預(yù)和衍射的演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直接觀察,起到了很好的教學(xué)效果,但筆者在一次聽課時(shí)發(fā)現(xiàn)這位教師為了進(jìn)一步加深學(xué)生的理解,對屏幕上所出現(xiàn)的“明暗相間的條紋形成的原因進(jìn)行分析時(shí)卻出了問題,課后筆者同幾位教師進(jìn)行討論,發(fā)現(xiàn)其它有些教師也有同樣的理解上錯(cuò)誤.而且,有的文章中也出現(xiàn)了同樣的問題.下面結(jié)合文章出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析.文章中有一舉例“用投影儀顯示發(fā)波水梢激起水波現(xiàn)象時(shí),可列出一系列的思維觀察提綱：(1)(2)(1)(2)略(3)(3)屏幕上的“明條紋處反映了波的什么？(波

2、谷),“暗條紋處反映了波的什么？(波峰).(4)(4)波谷處出現(xiàn)“明條紋的原因是什么？(水層薄、 透光強(qiáng)度強(qiáng)),波峰處出現(xiàn)“暗條紋的原因是什么？(水層厚透光強(qiáng)度弱).(5)(5)相鄰“明條紋或相鄰“暗條紋之間的距離反映了水波的什么？(波長)(6)(7)(8)(9)(10)(6)(7)(8)(9)(10)略筆者認(rèn)為觀察提綱中第(3)(4)(5)3)(4)(5)條中的解答值得商榷.用投影儀顯示發(fā)波水梢中激起的水波現(xiàn)象時(shí),屏幕上看到的“明、 暗條紋產(chǎn)生的直接原因并不是由于水層厚薄而造成透光強(qiáng)度的不同所產(chǎn)生的.理由很簡單,光在任何介質(zhì)中傳播時(shí)都有能量的損失,在水中傳播也不例外,當(dāng)光在水中傳播時(shí)其強(qiáng)度要

3、減弱.但發(fā)波水梢中的水層本身就較薄,水層外表激起水波時(shí),水的振動幅度也很小,因此在波峰、波谷處的水層厚度相差并不多,所以光通過發(fā)波水梢后強(qiáng)度減弱本身就很少,通過波峰、波谷處強(qiáng)度變化相差就更微乎其微,因此屏幕上出現(xiàn)的“明、暗條紋絕對不是水層的厚薄所致.為了進(jìn)一步證實(shí)其分析的結(jié)果,筆者通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,將發(fā)波水梢放在投影儀上,然后用檔板將發(fā)波水梢隔成兩部份,在兩邊分別裝入不同厚度的水,此時(shí)觀察屏幕可發(fā)現(xiàn)屏幕上兩邊的亮度并無明顯的區(qū)別,然后進(jìn)一步觀察,將其中一邊裝水另一邊那么不裝水,再觀察屏幕可以發(fā)現(xiàn)屏幕上兩邊的亮度仍無明顯的區(qū)別.由此可以進(jìn)一步說明屏幕上的“明、暗條紋一定不是由于波峰、波谷處的水

4、層厚度不同而使透光強(qiáng)度不同所產(chǎn)生的屏幕上的“明、暗條紋究竟是什么原因產(chǎn)生的呢？根據(jù)光的傳播規(guī)律,通常情況下光在兩種介質(zhì)的分界面上將同時(shí)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,且同一界面上圖1 1入射角越大那么反射光越強(qiáng)而折射光將越弱,如果光是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),且入射角到達(dá)或超過臨界角時(shí),折射光消失,即發(fā)生全反射.再來看光通過發(fā)波水梢的傳播情況為了分析問題的方便,我們不妨假設(shè)從投影儀中射出進(jìn)入發(fā)波水梢的光為平行光,由于作如此假設(shè)并不影響我們對問題成因的分析,如圖 1 1 所示,當(dāng)光線從水梢中的水射向水面上的空氣時(shí),光將在界面上發(fā)生反射和折射透射,在波峰 a a、e e 處和波谷 c c 處時(shí),光都是垂直入射入

5、射角為零,故透射光最強(qiáng),投射到屏幕上時(shí)最亮,此處即出現(xiàn)“明條紋,而在平衡點(diǎn) b b、 d d、f f 處,光的入射角最大,那么反射光最強(qiáng)而折射光即透射光最弱,投射到屏幕上時(shí)較暗,此處即出現(xiàn)“暗條紋,如果水面波的頻率較大那么波長X=Y/f較小,同時(shí)如果振幅又較大,那么在平衡點(diǎn)處水面的傾斜程度較大,光在此處的入射角較大,如果到達(dá)或超過臨界角,那么此處光將發(fā)生全反射而無透射光,在屏幕上對應(yīng)位置將出現(xiàn)最暗的“暗條紋.由上述分析可知,屏幕上的“明條紋處反映了波的波峰和波谷,而“暗條紋處反映了波的相鄰的波峰和波谷間的處于平衡位置處,而“明、暗條紋產(chǎn)生的原因是由于光在水面上發(fā)生反射和折射所造成透射光的強(qiáng)弱不同,而不是由于水層厚薄所致.原文中所說的相鄰“明條紋或相鄰“暗條紋之間的距離反映了水波的波長,筆者那么認(rèn)為更不妥了,如果我們認(rèn)為投射到發(fā)波水梢上的是平行光,那么按上述的分析可知,相鄰“明條紋或相鄰“暗條紋間的距離反映