袁加兴

（宿迁市教研室，江苏 宿迁 223800）

1 原题呈现

例题.（2021年江苏省高考题）铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是

2 试题溯源

教材是高考命题专家的优质素材库，高考试题的设计常源于教材、高于教材.通过对近几年江苏高考物理试题研究可以看出，目前源于教材的试题，不再是简单地照抄课本，而是对常规的典型的问题在设问方式上进行创新，“移花接木、旧枝新颜”是常用的手段.这类试题往往给人耳目一新的感觉，令人拍案称奇.试题设置着力考查学生对物理基本概念、基本规律的理解和应用，引导教学重视学生学科素养的培养，特别是让学生形成物理观念，重视基础知识.

通过分析本考题，笔者发现试题源于人教版高中物理选修3- 4“光的颜色 色散”一节中正文演示实验部分和问题与练习部分.试题将演示实验（肥皂膜干涉实验）与真实问题解决（牛顿环干涉条纹半径变化）有机融合，了解并知道干涉条纹产生的机理，条纹分布的状况等.从而引导考生回归课本，去真做实验，要认真观察并记录实验现象，养成实事求是的科学态度，并运用所学的知识去解决真实问题.

教材第68页用肥皂膜做薄膜干涉实验，在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰就能发出明亮的黄光.把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜.把这层液膜当作一个平面镜，用它观察灯焰的像（图2）.这个像与直接看到的灯焰有什么不同？

图1

图2 灯焰在肥皂膜上所成的像

教材第70页问题与练习，牛顿环干涉条纹半径变化.凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径.把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入（图3），从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹.这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫作牛顿环，它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的.如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径是更大还是更小？如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径是变大还是变小？

图3 观察牛顿环

3 试题分析

下面以牛顿环干涉条纹为例，阐述薄膜干涉条纹形成的机理，以及条纹分布上疏下密的原因.

在一块光滑平整的玻璃砖的上表面，放一块曲率为R的平凸透镜，两者接触于O点，用波长为λ的平行光垂直于上表面照射（图4），现从平凸透镜的上表面向下看，可以看到以O点为圆心的同心圆环（图5、图6）.

图4 牛顿环

图5 单色光的干涉现象

图6 白光的干涉现象

当单色光垂直于平凸透镜的上表面入射时，一部分到达凸透镜的凸面时，先由空气层的上表面反射回去（l1），另一部分通过空气层由其下表面反射，再通过空气层的上表面透射出去（l2），由于实验室中所用牛顿环球面曲率半径很大，并且凸透镜下表面与玻璃砖空气层间隙又非常小，两束反射光l1、l2彼此非常靠近，两束反射光l1、l2必会在空间某一区域产生干涉现象，出现明暗相间的圆环.在图7中的A点，设空气层膜的厚度为d，则有

图7

实际上，由于R≫d，（1）式可以进一步写成r2＝2Rd，即

同时，当一束光从折射率小的光疏介质，垂直入射（i＝0°）或掠入射（i≈90°）到折射率较大的光密介质上发生反射时，在这两种介质分界面的入射点处，便有π相位突变，这相当于光波在该处存在半个波长的额外波程差.在A点，如果出现明条纹，有

其中k为整数，k＝1，2，3…将（2）式代入（3）式，可得出亮条纹到中心O点的半径为.因此，相邻明条纹之间的距离为随着k的值越来越大，明条纹之间的间距越来越小；在O点处，，出现暗斑.同理，我们也可以分析暗条纹，也会得出类似的结论.因此，牛顿环干涉条纹为明、暗相间的条纹，无论是明条纹还是暗条纹，都是由内向外明、暗条纹均依次变窄，中间为暗斑.

图8 薄膜前后两个面的反射光发生了干涉

图9 实际的薄膜形状

图10 肥皂膜的干涉现象

总之，教材是物理课程的核心资源，为我们理解物理、理解学生、理解教学提供了强有力的支撑，是提高课堂效率的根本保证.教学中要充分发掘教材中例题、习题、实验、科学漫步等栏目的教学功能与育人价值，回归知识原点，让学生在问题的解决中强化必备知识，形成物理观念.减少通过刷题来提高成绩的不科学做法，将时间真正还给学生.在《中国高考评价体系》的指引下，立足于教学实际，认真研读新课标，突出必备知识的基础地位，再现知识建构过程，有机渗透科学思维，培养学科关键能力，提升学生学科素养.