光学课程的课程思政教育研究(2)
2 光学课程教学中课程思政的措施
2.1 课上注重光学知识点与哲学基本理论的融合讲解——课程思政“入耳、入脑”
光学研究的内容非常广泛,主要有光的产生与发射、光的传播规律、光学系统的成像、光与物质的相互作用以及光的本性问题. 其中光与物质的相互作用包括材料对光的吸收、色散、散射,光的机械作用以及光的热、电、化学和生理效应等,光的本性问题主要涉及光的波动性和量子性的理论、争论与实验的发展过程. 除此之外,跟光有关的生产和生活中的实际应用问题也是光学的重要内容. 在通常的讨论中,光学被分成几何光学、波动光学、量子光学和现代光学四大板块,它们之间相互联系,相辅相成,是原子与分子物理、相对论、量子力学等知识的必要基础,也是进一步探讨宏观和微观世界的联系与规律,并把这些规律用于实际的生活和指导生产的重要理论工具,课堂是学校教育的主要阵地,因此课堂上是学生接受信息的主要渠道,在光学课程思政的教学中,笔者努力将光学知识与哲学基本原理进行有效地融合,使学生在课堂上能够全面地了解,做到入耳、入脑,下面以几个例子来说明光学课程中的课程思政.
2.1.1 点光源模型与事物的主要矛盾和次要矛盾
从电磁理论上讲,光也是一种电磁波,是按照电磁波的波动理论进行传播. 但是按照波动理论来讨论几何光学中,光经过透镜、棱镜等光学系统的传播规律和成像问题时,将会涉及计算和处理上的巨大困难,对解决实际问题很不方便.
按照近代物理学的观点,光具有波粒二象性,即可以把光看作一个个的粒子作直线运动. 因此,当只考虑光的粒子性时,就可以把光源发出的光抽象成一条条的带有能量的几何线——光线,然后根据几何光学的实验定律来研究光学系统的成像规律,就会使问题变得简单且实用. 如图1所示,点光源向四周发射出球面波,其光线的方向为球面的法线方向,多条光线构成具有一定宽度的光束. 迎着光束传播的方向进行观察或用仪器接收,其接收到的光斑的大小,也即照射到眼睛或仪器的波面面积相比于辐射的整个球面波波面的面积也可以忽略不计. 因此,此时也可以把接收到的光束当作平行光束来处理,即波面的法线方向平行,那么该波面则为平面,也称平面光波.
图1 点光源模型
从抽象点光源模型,再到平面光波的建立可以看出,在复杂事物发展过程中的确包含着许多矛盾. 但是,由于事物发展中处于支配地位、对事物的发展起着决定作用的矛盾叫做主要矛盾,而其他处于从属地位,对事物的发展过程不起决定作用的矛盾为次要矛盾,例如从太阳发出的光经过直线传播到接收装置的距离与太阳本身的几何尺寸相比,其光源表面或球心发出的光线到底哪个光程大一些,其实已经不重要了,即可以把光源看作收缩成一个点的点源,点源上只有一点,发出的光线到达地球接收装置的距离都是一样的. 进一步,当球面光波传播到地球上时,地球上的接收装置的接收面积与球面光波的波面面积相比,也是可以忽略的,即是可以完全把球面看做平面,得到的是平面光波. 因此,这两个问题中主要矛盾和次要矛盾分别是光线作用的距离和光源的大小,光波波面的面积和接收装置的接收面积. 笔者在教学中,常启发学生观察和处理复杂问题的时候,应该首先要抓住主要矛盾,集中力量解决主要矛盾,或者要善于抓住矛盾的主要方面,抓住事物的本质和主流,但也不能忽视次要矛盾,做到统筹兼顾、适当安排,坚持两点论和重点论的有机统一.
2.1.2 衍射现象——直线传播与矛盾的转化
机械波在传播过程中会发生衍射现象,即不沿直线传播而向各个方向绕射. 但是,通常看来光是沿着直线传播的,遇到不透明的障碍物时,会投射出影子,这似乎表示衍射和直线传播是彼此独立、彼此矛盾的. 但是在实验中,衍射是真实发生的,如图2所示,光绕过障碍物偏离直线传播而进入障碍物的几何阴影区,并在屏幕上出现光强分布不均匀的衍射条纹图样.
图2 夫琅禾费衍射装置与图样
中央亮条纹的强度比两侧亮条纹的强度大的多,可以说中央亮条纹集中了绝大部分的能量. 中央亮条纹的宽度与波长λ和缝宽b的比值成正比,也即是在b>>λ的极限情况下时,θ→0,l→0,此时可以认为衍射条纹图样的中央亮条纹收缩成为一条亮线,这条亮线正是没有障碍物时光源经透镜,且按照直线传播规律所成的像.
文章来源:《光学与光电技术》 网址: http://www.gxygdjs.cn/qikandaodu/2021/0407/495.html
上一篇:表面金属银涂层的制备与性能
下一篇:光电技术在农业工程中的应用与展望