大学物理课程分析报告

(2003~2004第一学期——2005~2006第一学期)

1.大学物理教学的基础性地位

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。其基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是自然科学和工程技术的基础。

以经典物理、近代物理和物理学在科学技术中的初步应用为内容的大学物理课程是高等学校理工科各专业学生一门重要的必修基础课程，这些物理基础知识是构成科学素质的重要组成部分，更是一个科学工作者和工程技术人员所必须具备的。

在高等院校中开设大学物理课的目的，一方面为使学生较系统地掌握物质运动的基本规律，为学习专业课及今后工作打好必要的物理基础；另一方面通过本课程的学习，可培养学生科学思维能力、掌握科学方法等方面，都具有其他课程不能替代的重要作用。

2.大学物理教学与建设

随着我国高等学校的扩招，高等教育已逐步从过去的“精英教育”转化为“大众化教育”。为了适应这种变化，按照国家教指委基本教学要求，在校各级领导的领导下，我系全体物理教师积极采取措施，从师资队伍建设及教学研究等多方面进行了探讨和实践。

本教学组选用教材《普通物理学》（程守珠等）获国家级教材一等奖, 自编习题课教材《大学物理解析与指导》，20##年1月，中国电力出版社。发行量7200册。

三年来，先后承担了“上海市教委重点课程建设”和“上海电力学院精品课程”等项目。在校园网上建立了“物理远程教育网叶”，制作了“多媒体教学课件”及“教学录象和动画”等。同时积极开展教学研究，平均每年发表教学论文1篇，编写了《大学物理解析与指导》一书（2004.1中国电力出版社）。其中“大学物理课程建设”20##年获的校级教学成果三等奖。

针对教学中随时出现的情况，教研室经常开展教学研讨活动（学期初统一思想、学期中交流情况、学期末总结经验找出问题），讨论教学方法（部分教师使用多媒体、部分教师采取传统方式）、学生情况。针对当前学生状况采取相应措施，如：增加答疑时间、对学习差的学生进行“择疑”、欢迎学生利用校园网进行远程答疑和讨论等等。

如：我校20##级扩招，学习本课程的学生人数达1700多，许多学生高考科目为化学，学生整体两极分化较严重，平均基础偏低，在《大学物理》（上）期末考试（2004~2005第二学期）平均分只有55.31，总评不及格达700多人。针对这一状况，我们积极从主观上找原因，在学生中进行调研，制定出4点基本措施：

（1）       每位主讲教师要在努力树立学生能学好《大学物理》的信心、培养学习《大学物理》兴趣方面多做工作。使每一位学生都能意识到：只要我努力了，我就能成功；

（2）       加强课堂管理、严格考勤制度，特别要注意那些学习较差的学生；

（3）       课堂教学中加重基本概念、基本运算的讲述，有条件的情况下增加习题课，在课外练习方面要求学生除了作业外，还必须完成一定量《大学物理解析与指导》书中的选择题与填充题，目的就是使学生理解、记住物理学的基本概念。

（4）       加强课外“答疑”，特别是对中以下水平的学生的“择疑”。

在全体教师的共同努力下，20##级学生《大学物理》（下）的考试成绩取得较大的进步，平均分为67.70，比上学期提高12.39分，总评不及格比上学期减少400多人。

总之，本课程全体都比较好的完成了大学物理课程的教学任务，主讲教师的学生考评成绩几年来均平均在85分以上的水平。

3.师资队伍建设

经过近几年学校各级领导和全体教师的努力，大学物理教研组已拥有一支良好的师资队伍。大部分教师具有高级职称及具有研究生学历，教学效果优良。课程组的师资情况表如下:

职称结构：主讲教师共8人，正副教授5人，讲师3人，高级职称教师的比例为62.5%。

学历结构：博士2人，硕士4人，本科2人， 具有研究生学历的教师比例为62.5%。

年龄结构：大于45岁3人；小于45岁5人，中青年主讲教师的比例为62.5%。

课程组的学科带头人为杨金焕教授。

大学物理主讲教师的学生考评成绩几年来均维持在85分以上的水平。

20##年将引进博士两名（已签约）

4.近三年成绩分析

2003～2004第一学期——2005～2006第一学期成绩统计如下：

20##级

20##级

20##级

（1）成绩对比分析

a、 物理考试分两学期B（1）、B（2），对于同一级学生一般两次考试B（2）约好于B（1），分析原因有2点：[1]新生还未适应大学学习生活，部分学生刚从紧张的高中学习生活中解脱，以至放松学习；[2]部分学生由于高考时考化学导致物理基础很差。

b、 成绩两极分化比较严重（04级B（2）有所好转），反映出学生之间物理基础差异、学习努力程度差异均较大。

c、 考试成绩反映出随着我国高校招生规模的扩大及我校招生的迅速增加，整体学生素质也相对下降。

（2）试卷分析

近三年来，针对我国、我校高等教育现状，按照国家教委“大学物理”教指委大纲指导要求，考试题目难度相对过去有所降低，基本概念、基本运算方面和以前基本没变，难度主要是降低在复杂运算方面。三年中，试卷难易基本相同。

（3）教学研究的正常开展很好地提高了学生的物理素质及应用能力

在前面（2.大学物理教学与建设）我们已经对这方面进行过总结，从考试成绩中（特别是20##级）明显反映出我们的努力工作取得了较好的成效。

物理教研室

20##年1月13日

 

第二篇：大学物理课程论文

大学物理课程论文

迈克尔逊干涉仪与光源

的时间相干性研究

姓名：朱江波

学号：07310124

院系：数学系

2011 大学物理课程论文

迈克尔逊干涉仪与光源的时间相干性研究

朱江波（07310124）

（东南大学 数学系，南京 210096）

摘要：迈克尔逊干涉仪是实验室和光学计量中最常用的仪器，它典型体现出光的时间相干性，例如用钠光照明所看到的干涉现象。本文着重介绍了迈克尔逊干涉仪工作的基本原理，时间相干性的基本概念以及用不同光源为例，简单的说明光源的时间相干性的问题。

关键词：迈克尔逊干涉仪、时间相干性、光拍

Michelson interferometer and the study of the

temporal coherence of the light source

Abstract：Michelson interferometer is the most commonly used instruments in laboratory and optical metrology, which typically reflects the temporal coherence of light, for example, see sodium lighting interference. This article introduces the

Michelson interferometer’s basic work principle, the basic concept of temporal coherence and using the different light sources to give a simple description of the light

source temporal coherence problems.

Keywords：Michelson interferometer、Temporal coherence、light shot

一、

迈克尔逊干涉仪

1. 迈克尔逊干涉仪简介

迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。

2. 迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理

G1是一面镀上半透半反膜，M1、M2为平面反射镜，M1是固定的，M2和精密丝相连，使其可前后移动，最小读数为10-4mm，可估计到10-5mm, M1和M2后各有几个小螺丝可调节其方位。当M2和M1严格平行时，M2移动，表现为等倾干涉的圆环形条纹不断从中心“吐出”或向中心“消失”。两平面镜之间的“空气间隙”距离增大时，中心就会“吐出”一个个条纹；反之则“吞进”一个个条纹。M2和M1不严格平行时，则表现为等厚干涉条纹，07310124 - 1 - 朱江波

2011 大学物理课程论文 M2移动时，条纹不断移过视场中某一标记位置，M2平移距离d与条纹移动数N的关系满足 /2。

迈克尔逊干涉仪示意图

经M2反射的光三次穿过分光板，而经M1反射的光只通过分光板一次.补偿板就是为了消除这种不对称而设置的.在使用单色光源时，补偿板并非必要，可以利用空气光程来补偿；但在复色光源时，因玻璃和空气的色散不同，补偿板则是不可缺少的。

若要观察白光的干涉条纹，两相干光的光程差要非常小，即两臂基本上完全对称，此时可以看到彩色条纹；若M1或M2稍作倾斜，则可以得到等厚的交线处（d=0）的干涉条纹为中心对称彩色直条纹，中央条纹由于半波损失为暗条纹。

二、

时间相干性

1. 定义

波传播时间差有关的，不确定的位相差导致的，只有传播时间差在一定范围内的波才具有相对固定的相位差从而相干的特性叫波的时间相干性。

2. 时间相干性的产生

时间相干性与源的单色性直接相关。例如光波，假设光源发出的波频率在ω1-ω2的范围内。由不同传播路径传播至同一点的两路光波具有与频率有关的相位差。在无色散的情况下，不同频率的光波的光程差L是一定的，而相位差等于2??/ 。只有L=0，也就是无光程差为零的时候，相位差才与波长或者说频率没有关系。频率为ω1的光波的相位差与频率为ω2的相位差之差为2??/ 1?2??/ 2 2??? / 2。而频率在此之间的光波的相位差之差在0到这个值之间。最终的光场是各频率光各自的相干结果的非相干叠加。当2??? ? 2?1时，非相干叠加就会使得干涉条纹消失。

3. 时间相干性的表示

光源的时间相干性，一般可以用谱线宽度? 和最大光程差????? 来表示，也可以用相干长度l和相干时间??来表示。这些物理量是从不同方面描述了光源的时间相干性，它们之间存在着内在的联系。

三、

迈克尔逊干涉仪与光源的时间相干性的联系

1. 干涉条纹的可见度

干涉条纹的可见度定义为：

07310124 - 2 - 朱江波

2011 大学物理课程论文

? ???????????????

其中Imax为观察点附近的极大光强，????为观察点附近的极小光强。显然????=0，Imax≠0时，γ=1，可见度最大，干涉条纹最清晰；????=Imax时，γ=0，此时看不到干涉条纹。一般来说，干涉条纹可见度γ总是在0到1之间。干涉条纹的可见度取决于多种因素，例如两束光的光强比、光源的大小，以及光源的光谱分布等，而迈克尔逊干涉仪所做的实验着重讨论光谱分布对可见度的影响。

2. 光拍现象

双线结构的光源使干涉条纹的可见度随光程差作周期性变化的现象叫做光拍现象。 双线结构的钠黄光照射迈克尔逊干涉仪时，波长 1和 2的单色光分别产生一套自己的干涉图像，实际观察到的干涉图像是这两套图像的非相干叠加。叠加的结果使得干涉条纹的可

′见度随镜面M1与M2之间的光程差的变化作周期性变化，即在增加光程差的过程中，干涉条

纹由清晰→消失→清晰→消失，条纹可见度呈周期性变化，出现了“拍”的现象。在多次出现可见度为零的现象之后，再继续增大光程差时，“拍”的现象就消失了。

分析光拍现象中的各物理量关系可得

2

? 2? 1≈1式中? 为相邻两次可见度最小时对应的动反射镜M1移动的距离， 2( 1+ 2)。

3. 三种不同光源说明时间相干性

3.1 准单色光

设某一准单色光的中心波长为 0，由于存在一定的谱线宽度? ，所以该准单色光实际波长为( 0???)到( 0+2??2)之间的，由连续变化的光波组成的。因此在它们叠加的过程中，不用波长的零级干涉条纹互相重合，干涉条纹是清晰的，可见度也是最大的。但是对于不同的波长，当他们正好错开一个干涉条纹时，干涉条纹的清晰程度下降，以至于无法分辨其存在。此时，条纹的可见度为0。因此，有一定波长范围? 的光能够形成干涉条纹的条件是：

??≤????? (?+1)( 0?

解得

? ?

??? )

?2

?? （1） ????? （2）

显然从上面两式可以看出，对于波长为 的光波，? 越小，?就越大，所观察到的条纹级数就越多，反之亦然。激光光源属于前一种情况，而白光光源属于后一种情况。

3.2 钠光

对于钠光，它包含两条不同的谱线，并且( 2? 1)又是一个不大的数值，这时在迈克尔逊干涉仪中，当分别由反射镜M1、M2反射后又相遇的两束光的光程差为??1时，继续改变光程差，当两次光程差之差为??2???1 时，??2???1 1(?+1) 2?，可得：

? ( 2? 1) ?1?2

? ?1

? （3）

（3）式中对于钠灯，n=980。也就是说，在相邻可见度为零的区间内，可以看到约980条干涉条纹，并且这种循环将无限进行下去。但实际上，由于 1和 2本身有一定的谱线宽度，07310124 - 3 - 朱江波

2011 大学物理课程论文 因此，可见度的周期性变化是有限的。当两臂光程差大于40mm左右时，可见度始终为零，干涉条纹就不再出现了。

3.3 白光

由于白光的? 可与 相比拟，因此，白光的相干问题比较复杂。对于波长范围很大的白光干涉条纹，它是由可见光范围内所有不同波长的光产生的干涉条纹叠加所形成，由（1）式可知，对于白光，由于? ≈ ，因此?≈1，它就是我们所观察到的白色条纹的级数，它所对应的相干长度就是白光的?????。

白光的等厚干涉条纹变化只有一次左右，除?≈1以外的干涉条纹，虽然人眼能看到各种颜色，但是它们的强度是相同的，因此在全色底片上就不会记录有更多级次的干涉条纹。

四、

总结

从以上对不同光源相干长度的讨论，可以看出，对于不同光源，它们的相干长度是不同的，它们的干涉条纹的可见度变化也是不同的，而利用迈克尔逊干涉仪恰恰可以典型的证明光源的时间相干性问题。通过实验，进一步了解了谱线宽度与最大光程差之间的关系，对于我们理解时间相干性有很大的帮助。

参考文献：

[1]马文蔚.物理学（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]钱峰，潘人培.大学物理实验（修订版）[M].北京：高等教育出版社，2005. 227-238.

[3]张三慧.大学物理学第四册——波动与光学（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2005.

[4]吴锡珑.大学物理教程第三册（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2002.§20-5迈克尔逊干涉仪，时间相干性.

07310124 - 4 - 朱江波