光的传播与相互作用


（郑州大学 物理工程学院 郑州 450052 ）


摘要： 本文通过对比光在相同尺寸不同材料上的衍射图样，发现光的衍射图样除了与孔的线度有关外，还与材料等其它因素有关，说明光的传播与物质的相互作用的关系，并从光与物质相互作用角度出发推导出了光衍射的布拉格方程，最后预言X射线衍射的新现象。

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2 实验过程与结果

实验所用仪器：江苏常熟市虞化真空设备厂生产的高真空蒸发镀膜机，型号：CS-450；陕西兴平市激光仪器厂生产的He-Ne激光器，型号250；OLYMPUS数码相机，型号：C-150。

实验过程:

第一步：在2cm X 3cm的方形玻璃上，捆上铝锡合金线，用真空镀膜机镀铝2分钟，解掉金属线，形成线度与铝锡合金线直径相对应的狭缝1。

//正和：这是用合金线的镀膜影子作为光缝，缝宽与合金线的直径不是一回事。实际上镀膜的铝原子束也有波动性，所以不可能使影宽与线直径相等。

第二步：用 He-Ne激光器，照射缝1，形成衍射图样。（图2）

He-Ne激光器 单缝

图1 光的衍射示意图

第三步：将第二步实验中的缝1换为相同尺寸的铝锡合金线，屏上形成衍射图样（图3）。并且，对于铝锡合金线，除了在对面屏上形成衍射图样外，在四周墙壁上也出现衍射图样。

//一个是狭缝的衍射，一个是细线的衍射，并非不同材料做成的两个宽度相等的缝之间的比较，而且其尺寸也未见其证明是一致的，仅用了一个“线的影子宽度与线直径相等”的无效假设。

第四步：在玻璃上镀上一条与缝1尺度相同的线状铝膜，让激光照到线状铝膜形成衍射图样（图4）。

//重要的是“尺度相同”的实验控制，未见描述，可见实验者对关键之处把握不到。

第五步：让激光分别照到铝膜和玻璃片的边缘，形成新的衍射图样（图5、图6）。

//铝膜和玻璃片边缘性质是不同的，透过玻璃片的光线也参与了干涉。

当在上述实验第二步中铜线的旁边大约1cm处，加上一条与铜线平行的通电导线，发现衍射图样也发生了变化。

//到底是铝线还是铜线？这里应该做两根线的通电与不通电比较，而非两根线与一根线比较。再次可见实验者理论修养不够。

图2 图3 图4

图5 图6

3讨论

通常认为在光在传播过程中，当挡光孔（或线）的线度能够与光的波长相比拟时，将发生显著的衍射现象[1，5]，也就是说，发生衍射的条件是与孔（线）的几何尺度有关。上述实验使我们深入地考虑这一问题。如果衍射只与孔（或线）的几何尺度有关，那么在相同的线度下，用同样的单色光照射应该出现相同的衍射图样。可是实验发现，用相同光源分别照射相同线度的铝膜狭缝（缝1）、镀膜铝线以及铝锡合金线得出的衍射图样却并不相同。这说明衍射图样除了与挡光物体的线度有关外，还与挡光物体的材料有关。实验第六步，激光打到物体边缘上时也形成衍射图样进一步表明，光的衍射现象是由于光与物质相互作用的结果。

光的衍射现象是光传播的一个表现，光照射到物体上时发生反射、折射、衍射等现象,或是被物体吸收转化为热能或发生物质结构变化，其物理本质都是光与物质相互作用的结果。光的反射是因为光照到物体表面受到物体表面作用力，使光的传播方向发生变化，此变化规律符合反射定理。光的折射则是由于光作为一种电磁波进入到物体内部时，与不同介质发生的相互作用不同，因此传播方向的变化也不同，此变化规律符合折射定理[2]。电动力学中对电磁波的小孔衍射进行计算时，对组成小孔的物质是导体还是电解质其边界条件也有所不同[3]，这同样说明不同物质对光传播的作用不同。

//材料对结果有非本质的微弱影响，但本文的实验却不足以下这样的结论。因为没有看到“相等的物理缝宽”这个可比前提。以下的分析完全是在错误的基础上进行的，不作点评。

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