大学物理波动光学总结范文精选

到了十九世纪，麦克斯韦建立了电磁波理论，使电、磁及光学现象得到了统一，这是物理学上第二次大统一；在二十世纪初，爱因斯坦抛弃了绝对空间概念，建立了狭义相对论，使力学和电磁学达到了统一；到六十年代，人们将物理学的研究对象分成两大类，一类称为“物质”，另一类称为“相互作用”。人们寻找电磁作用、弱作用及强作用都包含在内的统一理论，这就是“大统一理论”，企图把引力和其综力统一起来，称为“超统一”，他将传统的“物质”与“相互作用”的界限打破，是今天物理学的前沿。这样，纵观物理学史研究，使学生认识到支配宇宙万物的最根本规律是统一，人们为“统一”而执着追求。

1加强学生对对立统一规律的认识

对立统一规律是唯物辩证法的实质和核心，它揭示了事物内部矛盾是事物发展的动力，矛盾的双方既对立又统一，即具有斗争性和统一性。在物理学中，矛盾是普遍存在着，正如正电荷和负电荷，引力和斥力，作用力和反作用力，膨胀和压缩，辐射和吸收等都是相互的矛盾方面。矛盾着的双方即斗争又统一于一个整体之中，正是这种矛盾运动推动了事物的发展。同一性不能离开斗争性而存在，没有斗争性就没有同一性。斗争性也不能脱离同一性而存在，斗争性总是和同一性相连接，为同一性所制约的。如作用力和反作用力总是大小相等，同时存在，同时消失就是矛盾的同一性，而作用力和反作用力的方向总是相反是矛盾的斗争性，二者共存。又如非均匀变化的电场产生变化的磁场，这个磁场总是阻碍原电场的变化，非均匀变化的磁场产生变化的电场，这个电场总是阻碍原磁场的变化，这样就形成统一的电磁场及电磁场在空间的传播———电磁波。这就是矛盾的斗争性和同一性的表现。虽然矛盾的斗争性和同一性对事物的发展都起作用，但是同一性和斗争性在事物发展中的地位是不同的。同一性是相对的，斗争性是绝对的，矛盾的斗争性使事物从量变到质变，从而推动事物的发展。如在水分子的引力和斥力的矛盾中，当引力突破斥力的限制，达到冰点，水就凝结成冰，当斥力突破引力的限制，达到沸点，水就变成蒸汽。此外，物理学所研究的临界温度、临界压力、临界电流等临界状态，均反映了从量变到质变的规律，也是两个对立因素所处地位发生转化的反映，是对立统一规律的生动体现。

2加强学生对“实践———认识———再实践———再认识”的认识

把人类认知的总过程科学地概括为：“实践、认识、再实践、再认识，这种形式，循环往复，以至无穷，而实践和认识之每一循环的内容，都比较地进到了高一级的程度。”这是人类认知的总规律，它揭示了人类认识是一个日新月异、永无止境的辩证过程。在物理学的发展过程中，对物理现象和规律的认识及理论的形成的过程均遵循这一认识规律。如对原子结构的认识，首先是发现了电子，建立了汤姆逊模型，随后经过α粒子散射实验，卢瑟福建立了原子核式模型，再次根据原子光谱的实验规律，建立了波尔模型，一直到量子力学建立起来之后，人们才对原子结构有了基本正确的认识。又如对光的本质认识，更是经历了很长时间，跨越了几个世纪，经历了若干阶段。十七世纪对光的认识有两种学说，一种是以牛顿为代表的微粒说，另一种是以惠更斯等人为代表的波动说，这两种理论各有成功的一面，但都不能圆满的解释当时所知的各种光现象。到1801年托马斯观察到光的干涉现象，不久又从实验上观察到“泊松亮斑”等光的衍射现象，使波动理论战胜了微粒说，波动说取得了空前的成功。但当时的波动理论认为光是一种机械波，而机械波的传播传播是需要介质的，于是人们就假定宇宙间存在一种叫“以太”的介质来传播光，但迈克尔逊———莫雷却否定了“以太”的存在，波动说陷入了不可克服的困境。十九世纪六十年代麦克斯韦建立了电磁波的理论，并大胆的预言光是一种电磁波，就是光的电磁论。1898年，实验证实了电磁波本性———光是频率很高的电磁波，使对光的本性的认识前进了一大步。但电磁波不能解释当时发现的光电效应现象。1905年爱因斯坦在普朗克量子说的启发下提出了光子说，他把光看成一份一份的具有能力的光子，指出了光的粒子性，但这决不是微粒说的光“粒子”，而是具有不连续性能量的“光量子”。粒子说并不排除光的波动性，因为一份光子能量hυ中的υ是光的频率，其包含了波的特性。从光子说出现后，人们逐渐认识到光具有波粒二相性。人们对光的本质的认识达到更高级的程度，光是波粒二相性的统一体，但这种波是一种几率波，这种“粒”是量子。现在我们不能认为光的本性的认识就完成了，可以预言随着物理学的发展，人们关于光的本性的认识会提高到更高的程度。

作者：李合祥马福奎单位：沧州师范学院

随着物理微观尺度的发展，经典物理已经不能满足当代物理技术的发展，微观物理成为近代物理发展的主力军.光的干涉是波动力学的重要组成部分，是“光的本性”一章的重点、难点，更是学生第一次正式建立微观的物理体系的开端，在高中整个物理教学中具有举足轻重的作用.由于光的波动性的极度抽象特征，仅通过生硬的实验观察、数学推理大多学生很难理解光的干涉的知识内涵.有鉴于此，生态化的视角提出了透视实验本质的教学设计，以期对“光的干涉”实验教学的改进有所裨益.

1 问题的提出

人教版教材“光的干涉”实验安排在明暗条纹分布规律之后，实验之前学生已学习了光程差、相干波等基本概念.传统光的干涉实验教学中教师惯于借助数学方式推导，得出干涉实验测波长公式，最后通过实验的具体操作训练学生动手操作能力，加深物理规律的理解.然而真正的教学实施中并未产生预期的效果，一方面双缝干涉测波长的实验原理推导中，以习题的形式向学生展示，禁锢了学生的思维，未经历整个探究过程学生很难体会到数据处理时的双重近似，不注重光的干涉实验教学的生态化，导致教学外部效度不高等缺陷.另一方面，波长测量公式讲解后，教材试图仅通过选用实验观察的方式加深学生对光的干涉测波长的认识，并未指出“干涉”实验的本质，学生在做题过程中仅靠机械式记忆来解决问题，往往缺乏对问题的实质性的理解.没有相关的物理意义做支撑，公式苍白缺乏厚重感，学生只能凭借机械式记忆，解题过程中干涉公式用错不在少数.

2 溯本求源透视实验本质

无论是部分教师还是学生，之所以对波长求解的定量推导的双重近似产生疑问，关键原因在于未曾深入分析认知干涉原理.针对以上教学中出现的问题，我们以原始物理问题为问题的起始点，希冀凭借原始物理问题，透视光的干涉实验本质.

2.1 原始物理问题理论推导

学生通过上节课的学习，定性掌握了干涉规律即：两缝发出的波到屏的路程差是半波长偶数倍时，屏上出现叠加加强区，光能量较强，屏幕出现亮条纹.此时教师应向学生提出这样的问题：如何利用光的双缝干涉，测量单色光的波长？定量推出一个表达式 .光的干涉规律的探究激发了学生求知的欲望，原始物理问题的提出促进学生意义学习的进一步升华.这是一道典型的原始物理问题，由于没有提供任何数据，学生要想解决此原始物理问题，需要在理解物理本质基础上，在自主建立恰当的模型，设置数据给予解答，具有很强的生态性.

光波不同于机械波，光的波动性很难直接用眼睛观察到，学生前概念中并不认同光是一种波，而双缝干涉实验恰恰改变了这一弊端.波长是一个微小量，直接用现有的实验仪器很难测量出其长度值，通过光的干涉实验不仅展示其波动性，更将光波波长这一微小量放大，我们达到测量光的波长的目的.

光，是每个人见得最多的东西。自古以来，它就被理所当然地认为是这个宇宙最原始的事物之一。在远古的神话中，往往是“一道亮光”劈开了混沌和黑暗，于是世界开始了运转。光在人们心目中，永远代表着生命，活力和希望。在《圣经》里，神要创造世界，首先要创造的就是光，可见它在这个宇宙中所占的独一无二的地位。

可是，光究竟是一种什么东西？或者，它究竟是不是一种“东西”呢？

远古时候的人们似乎是不把光作为一种实在的事物的，光亮与黑暗，在他们看来只是一种环境的不同罢了。只有到了古希腊，科学家们才开始好好地注意起光的问题来。有一样事情是肯定的：我们之所以能够看见东西，那是因为光在其中作用的结果。人们于是猜想，光是一种从我们的眼睛里发射出去的东西，当它到达某样事物的时候，这样事物就被我们所“看见”了。比如恩培多克勒就认为世界是由水、火、气、土四大元素组成的，而人的眼睛是女神阿芙罗狄忒用火点燃的，当火元素(也就是光。古时候往往光、火不分)从人的眼睛里喷出到达物体时，我们就得以看见事物。

但显而易见，这种解释是不够的。它可以说明为什么我们睁着眼可以看见，而闭上眼睛就不行；但它解释不了为什么在暗的地方，我们即使睁着眼睛也看不见东西。为了解决这个困难，人们引进了复杂得多的假设。比如认为有三种不同的光，分别来源于眼睛，被看到的物体和光源，而视觉是三者综合作用的结果。

这种假设无疑是太复杂了。到了罗马时代，伟大的学者卢克莱修在其不朽著作《物性论》中提出，光是从光源直接到达人的眼睛的，但是他的观点却始终不为人们所接受。对光成像的正确认识直到公元1000年左右才被一个波斯的科学家阿尔·哈桑所提出：原来我们之所以能够看到物体，只是由于光从物体上反射到我们眼睛里的结果。他提出了许多证据来证明这一点，其中最有力的就是小孔成像的实验，当我们亲眼看到光通过小孔后成了一个倒立的像，我们就无可怀疑这一说法的正确性了。

关于光的一些性质，人们也很早就开始研究了。基于光总是走直线的假定，欧几里德在《反射光学》一书里面就研究了光的反射问题。托勒密、哈桑和开普勒都对光的折射作了研究，而荷兰物理学家斯涅耳则在他们的工作基础上于1621年总结出了光的折射定律。最后，光的种种性质终于被有“业余数学之王”之称的费尔马所归结为一个简单的法则，那就是“光总是走最短的路线”。光学终于作为一门物理学科被正式确立起来。

但是，当人们已经对光的种种行为了如指掌的时候，却依然有一个最基本的问题没有得到解决，那就是：“光在本质上到底是一种什么东西？”这个问题看起来似乎并没有那么难回答，但人们大概不会想到，对于这个问题的探究居然会那样地旷日持久，而这一探索的过程，对物理学的影响竟然会是那么地深远和重大，其意义超过当时任何一个人的想象。

古希腊时代的人们总是倾向于把光看成是一种非常细小的粒子流，换句话说光是由一粒粒非常小的“光原子”所组成的。这种观点一方面十分符合当时流行的元素说，另外一方面，当时的人们除了粒子之外对别的物质形式也了解得不是太多。这种理论，我们把它称之为光的“微粒说”。微粒说从直观上看来是很有道理的，首先它就可以很好地解释为什么光总是沿着直线前进，为什么会严格而经典地反射，甚至折射现象也可以由粒子流在不同介质里的速度变化而得到解释。但是粒子说也有一些显而易见的困难：比如人们当时很难说清为什么两道光束相互碰撞的时候不会互相弹开，人们也无法得知，这些细小的光粒子在点上灯火之前是隐藏在何处的，它们的数量是不是可以无限多，等等。

1.一条红线，现象

学生在经历了高中物理基础和大学物理课程学习之后，对光的认识上升到了一个新的科学高度。对于光的波动现象等理论，学生开始接受并有似懂非懂之感。物理光学的课程中，则是采用数学的方法描述光波的传播特性。因此，在授课过程中可删繁就简，遇到重复的内容可一带而过。物理光学课程内容繁多，在学习该课程时，需谨记一条红线，即光波的传播。光波在同性或异性介质，自由或半自由空间传播时呈现的传播现象，即反射、折射、干涉、衍射、偏振、吸收、色散与散射现象。在进行课堂讲述时，先由光波的传播现象，引出光波发生此现象的条件，进而总结光波的传播规律。为了理论知识与实际问题密切联系，着重介绍光波理论的理论和所涉及的行业领域，通过丰富的课程内容让学生真实地感触知识的应用。

2.问题导入式的教学方法

物理光学作为一门专业基础课，具有抽象性强、枯燥乏味等特点。同时，物理光学也具有较强的专业性，该学科的创建均来源于对实际光学问题的解释。在介绍一个知识点之前，为了理论联系实际，我们首先要有目的地设置问题。通过一步一步地启发学生，让学生带着问题思考解决的方法与思路，进而解决问题。例如，我们讲授光波的衍射时，首先从白光通过指缝的衍射现象出发，提出产生衍射的条件。如果采用单色光源，指缝转变为圆孔、矩形孔或不规则孔，衍射条纹如何变化？引导学生思考如果采用多缝或透射光栅，衍射条纹又将如何变化？从而引出影响衍射现象的因素和采用数学模型描述衍射现象的问题。实践证明，这种以实际问题为先导的模式，激发学生的思考和学习兴趣，培养学生分析和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。

3.充分利用多媒体教学

多媒体教学在许多方面是传统教学模式所无法比拟的，具有直观性强、图文声像并茂、信息量大、生动活泼等特点。但运用不当，也会适得其反。为了弥补两方面的不足，我们采用了多媒体课件与传统板书相结合的教学方法。在物理光学课程中，采用PPT课件形式与FLASH动画结合，生动描述光波的传播现象与规律。多媒体课件重点介绍物理概念及方法，而大量的公式推导可在课后参考教材或其他课本。制作这种多媒体课件的教学方法不仅给学生留下深刻的印象，而且还给教师留下充足的时间来强调重点、难点和核心内容。

4.利用计算机虚拟仿真技术提高教学效果

在课堂教学之余，训练学生利用计算机仿真技术处理物理光学相关问题。利用现代计算机辅助手段，加深学生对光学现象的理解，发现学习中的盲区和误区，提高教学的针对性。计算机虚拟仿真技术将抽象难懂的光学规律和概念形象直观展现给学生，激发学生的求知欲。光学仿真设计软件有很多种，MATLAB、TracePro、Zemax、Fred、OptiSystem，分别应用于不同的光学领域。MATLAB是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，具有数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示等功能，是工程界最流行的软件工具，在大学理工课程教学中的应用亦渐成热点。目前，已有众多文献采用MATLAB软件模拟光波发生干涉、衍射现象后光强度的分布。MATLAB软件中的图形用户界面（GraphicalUserInterfaces，GUI），可以实现交互式模拟。采用交互式滚动条动态地展现各物理量对衍射结果的影响，有利于加深学生对物理规律的理解和认识。TracePro是一款基于蒙特卡罗法的非序列光线追迹软件，为美国LambdaResearch公司开发。

[摘要] 针对目前我校有机化合物波谱解析课程教学中存在的问题,本文分别从实验课程的设置、考试方式及教学模式提出了具体的改革措施。

[关键词] 有机化合物波谱解析;实验课程;考试方式;教学模式

[中图分类号]G427 [文献标识码]C [文章编号]1673-7210(2009)08(a)-157-02

有机化合物波谱解析是制药、药学、中药等药学类专业及相关专业本科生及研究生的专业基础课。本课程主要讲述紫外光谱、红外光谱、核磁共振和质谱的基本理论与一般解析方法及四大光谱的综合解析方法。通过对本课程的学习,学生能掌握有机化合物结构波谱分析的基本概念、基本原理和基本方法,并能应用光谱法对有机化合物进行结构解析。在近几年的教学中,我们发现一个较为普遍的问题:学生普遍反映波谱解析中各大光谱学的基本原理及基本内容过于抽象,难以理解,更不用说让他们运用所学的相关知识去识图、解图,最终推测出未知化合物的结构,因此学习波谱的热情并不高涨,而且还引不起足够的重视。经过调查发现,上述现象的产生主要是因为以下三方面的原因:第一,我校有机波谱解析课程内容设置中没有实验内容,由于和实践脱钩,学生不能把抽象复杂的知识具体化、简单化,所以觉得难度较大且枯燥无味,也意识不到该门课程的重要性;第二,波谱解析课程内容涉及到分析化学、无机化学、物理化学、有机化学等多学科的知识,知识点多、难而且系统性不强,如果学生基础没有打好,很难把这门课学好,所以大部分学生没有兴趣,有的就干脆放弃;第三,因为考试压力较大,学生没有心情培养兴趣。因此笔者认为要提高我校有机化合物波谱解析的教学效果,必须进行有机化合物波谱解析教学模式的改革。

1开设实验课程,加强实践教学

目前国内大多数中医药院校都开设了有机化合物波谱解析理论课,但对于波谱解析实验课程国内高校几乎未有独立设课的先例,更没有统一的参考教材。由于仅从课堂上讲授理论对于波谱解析课程的教学是远远不够的,必须加大实践课堂的教学环节,培养学生理论联系实际的能力,提高学生综合技能。学校可根据自身开设相关波谱实验的条件,自行编写《波谱解析综合实验》讲义。讲义中尽可能包含基础型、综合型和设计型三种实验类型。基础实验可编排紫外光谱、红外吸收光谱、核磁共振谱及质谱的实验内容,让学生掌握如何应用每种波谱进行已知简单化合物的定性和结构分析;综合实验是利用“四大光谱”进行综合分析的实验,让学生懂得如何应用现有波谱学知识进行未知化合物结构分析;设计实验是设计型开放实验,集分离及结构表征为一体,可以以我校教师科研项目内容为基础,发表科研论文,以达到培养学生的探索精神和实际科研能力,为他们后续从事科学研究奠定了较为扎实的实践基础。

2改变考核方式,培养综合能力

考试是教学过程的重要环节,而不仅是评价教与学效果的一种手段,它对整个教学活动有强化功能、检测功能和反馈功能。更重要的是,适宜的考试方式能激发学生学习的积极性,提高其应用所学知识的实际能力。有机化合物波谱解析作为一门难度较大的课程,大多数院校均采用一次性闭卷考试,这种考试方式在一定程度上可以衡量大多数学生的学习质量,但也存在着一定的弊端。目前我国高校均实施学分制教育,有机化合物波谱解析作为我校药学专业的限定选修课,既能防止学生避重就轻,同时有一定的选择余地,但传统闭卷的考试方式使学生由于害怕考试不及格而把这门课拒之于门外,有的学生即使选了,也觉得压力很大,根本没有精力去培养兴趣。因此针对这种情况,应采取一种积极的、合理的考试方式,使学生由被动学习变为主动学习,充分调动他们学习波谱解析的积极性。笔者认为在开设实验课的前提下,可以把实验作为一部分考试内容记入总成绩,同时参考平时表现,具体操作如下:理论部分采用闭卷或开卷考试,占总成绩的40% ;实验部分占总成绩的40%,主要是培养学生波谱分析实验技能,拓宽学生知识面,提高学生应用基础理论知识去解决化学实际问题的能力;平时成绩占总成绩的20%,这部分主要以学生对该课程的学习态度、平时行为表现等为基准。

摘要：在“光学”课程教学过程中采用形象化教学法，可有效地实现抽象问题形象化，有利于提高学生对光学的学习兴趣，并增强学生对理论知识的理解。文章结合教学实践，对“光学”课程的形象化教学方法进行了讨论。

关键词：形象化教学；光学；多媒体；教学改革

作者简介：孙婷婷（1981-），女，山东淄博人，南京信息工程大学物理与光电工程学院应用物理系，讲师。（江苏 南京 210044）

基金项目：本文系南京信息工程大学八期教改项目（项目编号：11JY053）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0078-02

光学是一门古老的学科，与人类文明的发展息息相关。随着20世纪激光器的诞生，光学学科焕发了新的生命力，出现了许多以激光为基础的现代光学分支和交叉学科，其内容和方法已经渗透到现代科技的各个领域。作为光信息科学与技术专业、应用物理学专业的核心基础专业课程，“光学”课程定位于帮助学生奠定坚实的专业基础知识，学习并建立科学的思想方法。鉴于光学课程的重要地位，教育工作者应当不断探索符合学科发展、适合人才培养需求的教学方式。为了提高学生的学习效果，激发学生学习的主动性，笔者结合科研工作中的体会和教学过程中的实践，对光学课程的形象化教学方法进行了讨论。

所谓形象化教学法，指用日常熟悉的、简单的、容易理解的现象解释陌生的、复杂的、抽象的、不易理解的概念，或应用视频形象化地将复杂的工作过程和抽象的概念展示出来。形象化教学是直观性教学原则的具体体现，是各级学校各门课程都适用的一种重要教学手段。[1]对于“光学”课程而言，其本质上是一门实验科学。无论是从几何光学成像系统到光的干涉、衍射现象，还是从经典光学发展到现代光学，其中都包含了大量的理论和实验内容。而且，这些理论和实验联系紧密，绝大多数理论直接来自于实验又应用于科学实践。[2]因此，从“光学”课程的实验性特点出发，改革现有光学课程传授式教学为主的现状，在课程教学中加大形象化教学的比重，是各高校光学教学方法改革的重点之一。

如何在“光学”课程中贯彻形象化教学方法，使学生在进行抽象的逻辑思维同时建立形象化思维，增加学生对课程的理解和认识？笔者从以下几个方面对此进行了总结。

摘 要：本文作者认为，在中学教材的康普顿效应中，光子碰后波长增大的推导方法是不正确的，教材中只用动量守恒定律是推导不出该结论的，一定要用到能量守恒定律。

关键词：康普顿效应；波长；动量守恒定律

在人教版高中物理选修3-5第十七章《波粒二象性》第二节《光的粒子性》中，为说明光子具有粒子性和动量，引入了康普顿效应，内容如下：

如图1所示，一个频率为γ（波长为λ）的光子与一静止的电子发生斜碰，碰后光子的频率为γ′（波长对应λ′），电子质量为m？摇，电子碰后速度为V。

（注：在以下的讨论中因中学教材，电子都没有考虑其相对论效应。）

其中的一段叙述为“光子的动量为p=h/λ，在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子发生碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子的动量变小。根据p=h/λ看，动量p减小意味波长变大，λ′？摇>λ，因此有些光子散射后波长变大”。

实际上，上段引用文字中的“当入射的光子与晶体中的电子发生碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子的动量变小”是动量守恒定律在此具体的表述。可见教材中只用一个动量守恒定律就得出了光子散射后波长变大的结论。而大学教材中用了动量守恒和能量守恒两个定律结合才得出结论。对比不同可发现，中学教材中的论述及推导是存在问题的。

一、只用动量守恒定律在二维碰撞中是得不出光子波长变大的结论

【摘要】相对论和量子理论是现代物理学的两大支柱，从20世纪的后半期开始到现在，60多年的时间里，在物理学方面，林林总总的科研成果，基本上都是对相对论或是量子理论的完善和精细化，包括像希格斯玻色子这样重大的发现，都没有超出这两大理论的范畴。相对论和量子理论堪称20世纪物理学的两大巅峰之作。但是，无论是相对论还是量子理论，都只不过是对部分物质世界的近似描写而已，这两项理论的创立者们都不是全能的，他们站在各自的角度上去认识物质世界，受到各自认识能力的局限，犹如盲人摸象，他们的观点迥异，甚至水火不容，这使得后来的物理学家们难以把这两项理论统一起来。本文从相对论和量子理论这两大理论的本源出发，经过慎重的研究，找到了新的突破，为物理学的发展指明了新的方向。

【关键词】光速不变;单链式;定向振荡

1.引言

物理学是一门研究物质运动变化规律的科学，牛顿从宏观物体的运动变化中总结出了三大运动定律，创立了经典力学，成为物理学的开山鼻祖。麦克斯韦研究电场和磁场运动变化的规律，在前人的基础上总结出了电磁场理论。爱因斯坦研究光运动变化的规律，在麦克耳孙和莫雷的干涉实验以及光行差实验等的基础上，发现了光速不变原理，并创立了相对论。

普朗克通过研究黑体辐射中不同频率的电磁波运动变化的规律，发明了量了论，后来的物理学家们在此基础上发展出了量子力学和量子电动力学，创建并完善了标准模型理论。很多物理学家穷其一生，试图把相对论和量子理论结合起来，建立大统一理论。然而，相对论和量子理论就像一头大象的鼻子和尾巴，它们不但形象各异，而且总是各朝一方，即便免强拼凑在一起也并不是一头完整的大象。

2.相对论和量子理论的局限

爱因斯坦是在光速不变原理的基础上创立相对论的，但爱因斯坦并不能解释光速为何不变。一些相对论专家说光速不变是四维时空的一种自然表现，这种说法有点牵强。四维时空观是爱因斯坦在研究有关光速不变的实验后形成的一种观念，这些实验都只涉及到光波，至今为止，人类还没有办法把一些实物粒子，如电子、原子、分子等，加速到光速， 也就不知道这些实物粒子的速度能不能达到或超过光速。我们不能因为还没有办法把一个电子加速到光速就断定电子的速度不能达到光速，人类目前还做不到的事情并不意味着未来的人类也做不到，未来总是充满各种可能性的。既然我们还没有法办把实物粒子加速到光速，我们就无法知道光速不变原理是否适用于实物粒子，还是只适用于光子，更无法知道光速不变原理是否适用于宏观的物体。

光速不变原理提出，在每个惯性系中，真空中的光速各向同性，与光源的运动无关，也与光的频率无关。一艘在水面上静止或匀速运动的船可以作为一个惯性系，倘若这艘船 永不停息地做毫无规则可言的运动，船的速度和方向总是在不停地变化，那么，这艘船就不能作为惯性系了.在微观世界中，每一个物质粒子如电子、原子、分子等，都在永不停息地做毫无规则可言的运动，没有一个粒子相对于另一个粒子是静止或匀速运动的，只有粒子本身相对于粒子是静止的，用来描述宏观世界的惯性系在微观层次上根本就不存在。我们都知道，激发光的是电荷，吸收或反射光的也是电荷，我们之所以能够看见光，就是因为光驱动了我们视觉神经中的电荷。我们不可能选择一个电荷来做惯性参考系，而电荷激发出的光必须与另一个电荷相互作用才能被观察到。爱因斯坦从宏观的角度来研究光运动变化的规律，认为从光源激发出的光传到物体上的过程就像从大炮发射出的炮弹射到物体上的过程一样，这是错误的。光的本质是在电荷之间传播的电场力波（即电磁波）。要想弄清楚光速不变的真正原因，就必须弄清楚电场力的产生机理和传递方式。

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；

摘要:基本物理常数是物理学中的一些普适常数，是人类在探索客观世界基本运动规律的过程中提出和确定的基本物理常量。这些常数与自然科学的各个分支有着密切的联系，物理学中许多划时论的创立和新研究领域的开辟，往往与某个基本物理常数的发现或准确测定密切相关。

关键词:物理常数;光速;普朗克常数

基本物理常数是物理学中的一些普适常数，是人类在探索客观世界基本运动规律的过程中提出和确定的基本物理常量。这些常数与自然科学的各个分支有着密切的关系，在科学理论的提出和科学试验的发展中起着很重要的作用。基本物理常数包括牛顿引力常数G、真空中的光速C、普朗克常数h、基本电荷e、电子静止质量Me、阿伏伽德罗常数Na等。

物理学中许多新领域的开辟以及重大物理理论的创立，往往与相关基本物理常数的发现或准确测定密切相关。基本物理常数描绘和反映了物理世界的基本性质和特征，它们为不同领域的区分提供了定量的标准。基本物理常数的测定及其精度的不断提高，经历了漫长的历史时期，生动地反映了实验技术和测量方法的发展与更新，现在，许多基本物理常数的精度已达10-6量级，有的甚至达到10-8～10-10量级。本文限于篇幅，仅以光速C和普朗克常数h为例来说明。

光速是光波的传播速度，原与声波、水波等的传播速度类似，并不具有任何“特殊的”的地位。但细分析起来，光速也似乎确有一些特殊之处。其一是光速的数值非常大，远非其他各种波动速度所能比拟；其二是光波可以在真空中传播，而其他波动则离开了相应的弹性介质便不复存在，由此引来了关于以太（假想的弹性介质）的种种争论。

1865年麦克斯韦建立了电磁场方程组，证明了电磁波的存在，并推导出了电磁波的速度C等于电流的电磁单位与静电单位之比。1849年斐索用实验测出光在空气中的传播速度为C=3.14858×108米/秒。分属光学和电磁学的不相及的两个传播速度C电磁波与C光波之间出乎意料的惊人相符，使麦克斯韦立即意识到光波就是电磁波。于是，以C为桥梁把以前认为彼此无关的光学与电磁学统一了起来。同时，由于电磁波传播依赖的是电磁场的内在联系，无需任何弹性介质，使得“以太”的存在和不存在没有什么差别，不需要强加在它身上种种性质。至此，光速C的地位陡然升高。

麦克斯韦电磁场理论揭示了电磁场运动变化的规律，统一了光学与电磁学，开创了物理学的新时代。但同时它也提出了新的更深刻的问题：麦克斯韦方程组只适用于某个特殊的惯性系还是适用于一切惯性系。如果麦克斯韦方程组只适用于某个特殊的惯性系，则不仅违背相对性原理，且该惯性系就是牛顿的绝对空间，地球相对它运动将受到以太风的吹拂，然而试图探测其影响的Michelson-Mor1ey实验却得出了否定的结果。如果麦克斯韦方程组适用于一切惯性系，则根据伽利略变换得出的经典速度合成规律，在不同惯性系中的光速应不同，甚至会出现违背因果关系的超光速现象，也难以解释。总之，对于麦克斯韦电磁场理论，伽利略变换和相对性原理之间存在着不可调和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相对性原理和光速不变原理为前提，并借助洛伦兹变换方程建立起狭义相对论之后，这一切矛盾和困惑才最终得以解决。

由此可见，真空中的光速C从光波的速度上升为一切电磁波的传播速度之后，又进一步成为一切实际物体和信号速度的上限，并且在任何惯性系中C的取值都相同。C作为基本物理常数，提供了不可逾越的速度界限，从根本上否定了一切超距作用，成为相对论和新时空观的鲜明标志，同时又成为是否需要考虑相对论效应的定量判断标准。