文章摘要：對于光的本性的認識，幾個世紀以來始終存在著激烈的爭論，光的波粒二象性是兩種學說相互妥協的結果。在解釋一些現象如干涉和衍射時，人們就用波動說去解釋，而對另一些現象如光電效應就用微粒說去說明。這種既是微粒又是波的存在在觀念上確實叫人們不容易接受，其原因是到現在為止還沒有一種理論能很好地把波動和微粒統一在一個模式下。本文正是從這樣一種出發點來探討光的本性。

假設有一個光源S1，在S1前放置一塊屏幕，從S1發出的光（光子）會將整個屏幕均勻的照亮。我們知道，屏幕的亮度是與落在屏幕上面的光子數的多少有關的。嚴格地說，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光線與屏幕的交點為中心向四周逐漸變暗的。但這種變化決不是幾率問題。證明如下：把S1放在一個半徑為R1的球的中心，假設S1在單位時間里發射出N個光子，則單位球面積上所接受的光子數等于光子數N除以球的總面積4πR12，如果把球的半徑由R1變為R2（R2＞R1），則在單位球面積上所接受的光子數就變為N除以4πR22，由于R2大于R1，所以半徑為R1的球在單位球面積上接受的光子數大于R2球單位面積上的光子數。這就是為什么屏幕上的亮度是由明到暗逐漸變化的原因。當屏幕距光源的距離很大且屏幕的面積又很小時，就可以近似的認為屏幕上的光子是均勻分布的。

現在把另一個相干光源S2放在靠近S1的地方，情況有了變化。在垂直兩個光源的平面上出現了明暗相間的圓環，而在平行兩個光源的平面上，則出現了明暗相間的條紋見圖一，這就是人們所說的光的干涉條紋。因為干涉現象是波動的最主要特征，所以這也就成了光具有波動性的最有力證據之一。我們知道機械波是振動在媒質中的傳播，當有兩列相干波源存在時，媒質中任意一點的振動是兩列波各自到達這一點時波的疊加。當到達這一點的兩列波的相位相同時，則在這一點上的振幅最大，如果兩列波的相位相差1800時，則振動的振幅相互抵消，這樣就形成了有規則的干涉條紋。經典光學正是套用機械波的方法證明光的干涉條紋的，而傳播光的媒質以太已被證明是根本不存在的，這樣用機械波的方法證明光的干涉條紋也就顯得比較牽強。量子力學在解釋干涉條紋時則采用的是幾率波的方法，認為亮的地方是光子出現幾率多的地方，暗的地方則是光子出現幾率少的地方。問題是當只有一個光源時，光子是均勻分布在屏幕上的，而當存在另一個相干光源時，按照量子理論光子就會集中出現在一些地方而不去另一些地方，幾率的解釋是不能使人心悅誠服地接受的。愛因斯坦曾用上帝不擲骰子來表達他對用幾率描述單個粒子行為的厭惡。這就是目前對于光的干涉現象的兩種正統解釋方法。我們對于光本性的認識是否還存在其它我們沒有考慮到的因素，是否還存在其它的證明方法來統一光的波粒二象性即用一種理論解釋來解釋波動性和粒子性呢？

為了找到這種新的理論，在此我們不得不在現有光量子理論基礎上進行一些必要的修正即單個光量子的能量是變化的，光子的能量和質量是相互轉化的，轉化的頻率就是光的頻率。頻率快光子的能量大質量小，相反，頻率慢則光子的能量小質量大，這樣光子在空間所走的路程就形成了一條類波的軌跡。在論證光的干涉現象之前，我們先對光源進行定義。單頻率點光源---頻率單一且所有光子在離開光源時的狀態（相位）都相同。單頻率點光源具有這樣兩個特點，其一在距光源某一點的空間位置上，光子的狀態不隨時間變化。其二光子的狀態隨距點光源的距離作周期變化。光的波長指的是光子在一個周期的時間內在空間運行的距離。

我們在x軸上設置兩個點光源S1和S2，如圖一所示。令P為垂直平面上的一點，從P點到S1和S2的光程差PS1-PS2為波長的某個正數倍ml（m=±1，2，3，…）。從S1和S2出發的兩列光子，將同相地達到P點，狀態相同。再令Q為垂直平面上的另一點，從Q到S1和S2的光程差也為ml。過P和Q點做一條曲線，使得這曲線上所有過XO的垂直平面內的點的軌跡都具有這樣的性質，即這條曲線上任意一點到S1和S2的距離之差為常數，根據解析幾何我們知道，這曲線是一條雙曲線。如果我們設想這一雙曲線以直線XO為軸旋轉，則它將掃出一個曲面，叫做雙曲面。我們看到，在這曲面上的任意一點，來自S1和S2的光子始終都是同相位的（相位差保持不變），光子在曲面上的每一點的狀態是一定的，沿曲面上的點的狀態是周期變化的。由于光的波長很短，光子沿曲面的這種周期變化是不容易被觀測到。

同理，我們令T為垂直平面上的另一點（圖中未畫出），從T點到S1和S2的光程差TS1-TS2為波長的l/2×（2m+1）倍（m=±1，2，3，…）。從S1和S2出發的兩列光子，將以1800的相位差達到T點。再令V為垂直平面上的另一點（圖中未畫出），從V到S1和S2的光程差也為道長l/2×（2m+1）倍。過T和V做一條曲線使這曲線上任一點到兩定點S1和S2的距離之差為常數，這曲線也是一條雙曲線，以XO為軸旋轉同樣將掃出一雙曲面。所不同的是來自S1和S2的光子到達這曲面上的任意一點的相位差始終為1800，疊加后的最終狀態是一個恒定的值。

教學目標

知識目標

1．知道什么是光的反射現象.

2．理解光的反射定律，能應用反射定律解決一些簡單的問題.

3．知道鏡面反射和漫反射，并能用來解釋一些簡單現象.

能力目標

摘要：塑料光纖POF之所以能傳光是因為光纖具有芯皮結構，光在POF中傳輸是按全反射原理進行的，光在SIPOF中的傳輸方式為全反射式鋸齒型，光在GIPOF中的傳輸方式為正弦曲線型；子午線就是光線的傳播路徑始終經過光纖軸并在同一平面內，選用子午線進行了參數計算，這些參數計算包括最大入射角或發射光角度、數值孔徑、子午線在階躍型光纖中的幾何行程及反射次數；側面發光POF和熒光POF也是按全反射原理進行傳光的，對于單芯側面發光POF多是由非固有損耗導致側面發光，而對于多芯側面發光POF則是由彎曲損耗產生側面發光的。熒光POF經過特定波長光激發后發出特定波長的光，而且激發光不僅可從端面入射，而且可從側面入射。

關鍵詞：聚合物光纖，塑料光纖，POF,傳光,原理

1．前言

光纖自身不能發光，但光纖可以傳光，用于照明；光纖照明所選用的光纖，按照光纖材質的不同，通常可分為石英光纖、多組分玻璃光纖和塑料光纖POF等，本文主要介紹POF的傳光原理，其它的光纖傳光原理同POF的傳光原理是一致的。

人們很早就觀察到光在透明柱體中通過多次全反射向前傳播的現象，他們就是古代的玻璃吹制藝人。而首次科學闡述這一現象的，卻是英國皇家學會的約翰·丁達爾向英國皇家學會演示了一個著名的實驗，他當時用一只盛滿水的器皿，讓水從器皿的側孔中流出，這時投射在水中的光也隨著水流傳導出來。

1880年，威廉·惠勒(WilliamWheeler)提出“管道照明”的設想，并獲得美國專利，這是有案可查的最早的“遙控照明”裝置，其基本原理是：用內壁涂有反射層的管子把中心光源的光象自來水一樣引至若干個需要照明的地點,這實際上是光纖用于照明的雛形，光纖照明系統簡單地就可以看作是和上述的“管道系統”相類似的一個系統，在這個系統中，所傳輸的介質是光，而用以傳輸光的“管道”就是光纖，光纖可以把光線從光源處傳輸至需要照明的特定區域。1954年，《自然》雜志發表了Hopkin''''s和Kapany成功地用一束10,000到20,000的纖維來傳輸圖像的文章,VanHeel發現低折射率光纖包層的作用，纖維的圖像傳輸的成功實現和光纖包層的提出這兩個進步標志著光導纖維作為一個新興學科的誕生,1966年,英國標準電信研究所英籍華裔科學家高錕(K.C.Kao)博士和G.A.Hockham在詳細研究了玻璃的傳輸損耗后,撰寫的文章《用于光頻的介質纖維表面波導》發表在倫敦電氣工程師協會（IEE）會刊上，他們從理論上指出:如果減少或消除光導纖維中的有害雜質如過渡金屬離子，可大大降低光纖傳輸損耗,提高光纖的傳光能力，從而推動了光纖制造工藝的研究。美國杜邦DuPont公司亦在這一年向市場推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纖的一種,而光纖用于光纖照明的基本原理是利用光線在不同折射率介質的界面發生全反射，實現光在光纖中的高效傳輸以及光纖與光源的充分耦合，并通過與各種光學元件的組合，達到需要的照明效果，為了解光在光纖中的傳輸方式,現介紹子午光線在POF中的傳輸特性。

一、搞好燈具配置必須了解燈具性能

在這里首先簡單的介紹一些燈具的性能，以供燈具配置時選擇。

1.聚光燈——在舞臺上用的聚光燈是指燈前面使用平凸聚光鏡而言的，這種燈具可以調節光斑大小，出來的樂束比較集中，旁邊漫射的光線比較小，功率有0.5W至5KW多種，焦距有長、中、短之分，視射距的遠近按需要來加以選用。

2.羅紋燈——也稱柔光燈，但在電視界則稱此種燈為聚光燈。在舞臺上為了區別上述的平凸聚光燈光線太強而使光線柔和些，它的特點是漫射區域大，不似聚樂燈有明顯光斑，但射距較近，功率有1KW、2KW等多種。

3.回光燈——此種燈前面無鏡片，用痛癢2KW的燈泡，其亮度較聚光燈要亮，故在舞臺需要強烈光源和亮度時使用。它光束強烈，調光時要注意其聚焦點，不宜將聚焦點調在色紙上或幕布上，因為這樣容易引起這些東西燃燒。另外這種燈調光時中心常出現黑心，為了避免黑心，在燈前端中心應加一環狀擋板，以克服這種不足。現在新出一種在反光碗上鍍膜使線外線向后透射的回光燈，能減低燈前面的溫度，稱為冷光超級聚光燈，使用效果很好。

4.成像燈——或稱成型燈、橢圓聚光燈。其光束角有多種，可以根據需要選擇應用，主要特性是如幻燈似的能將光斑切割成方、菱形、三角形等各種形狀，或投射出所需各種圖案花紋，功率有1KW、2KW等多種，可選擇配置。

(一)教材：物理通報編九年義務教育初中物理試驗本第一冊

(二)教學目的：

(1)使學生認識折射現象，掌握折射規律.

(2)使學生能作簡單的折射光路圖.

應達到的目標：①能說明什么是折射現象;②掌握折射時的規律;③能作出簡單的折射光路圖;④知道光發生折射的條件(斜射入兩種媒質的界面上，從一種媒質進入另一種媒質).

(三)課型：規律課.

光皮樹（CornusWilsonianawanaer）又稱花皮樹、馬光林、枸骨木、樹籽樹等，是我市常見的鄉土樹種和木本食用油料植物之一，也是我市目前現有的極具潛力的燃料油植物。大力發展光皮樹，對于未來燃料油產業的發展具有不可替代的作用。

1發展光皮樹的價值和意義

光皮樹是我市優良的鄉土樹種。其枝葉茂密、樹皮光滑美觀、樹姿優美、樹冠舒展，是植樹造林和新農村建設的優良品種，可用作庭蔭樹，行道樹，且孤植或叢植也能自然成景。同時光皮樹具有喜鈣耐堿、耐干旱瘠薄、萌芽力強等適生特性，可成為造林綠化難度大的石灰巖山地造林綠化理想新樹種[1]。光皮樹也是重要的生物質資源。利用果實作為原料冷榨或浸提制取料油，成本低廉，得油率高。干全果含油率33%～36%，油脂主要含C16和C18脂肪酸，其中亞油酸含量近50%，亞油酸有顯著降低低膽固醇，防治血管硬化和預防冠心病的作用[2]。同時原料油也可用于生物柴油生產，所生產的生物柴油理化性質優，是一種安全、潔凈的生物質燃料油。它與傳統的柴油相比，具有潤滑性能好，儲仔、運輸、使用安全、抗暴性好、燃燒充分等優良性能。經華中理工大學的測試結果證明能100%替代0#石油柴油，能滿足柴油發動機力需要而且不影響其動力性；能減少柴油發動機排氣污染，可滿足嚴格的歐洲3號標準。光皮樹作為重要的生物柴油原料，近年來得到國家重視，光皮樹已成為“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“農林生物質工程”中篩選的重要樹種之一，其應用前景廣闊。

發展光皮樹，也有利于我市生態建設和經濟建設。生物柴油生產使用的光皮樹植物還可將二氧化碳轉化為有機物固化在土壤中，因此，可以減少溫室氣體排放。在適宜的地區種植光皮樹，可保護生態，減少水土流失。有利于將沙化地、提水灌溉地、坡地、低產農田、宜林山地等建成可再生的綠色能源寶庫，在收獲永不枯蝎的能源資源的同時保持水土、調節氣候、凈化空氣、綠化家園、保護環境、實現林農業產業化。另外，在光皮樹種子榨出生物柴油基礎的同時，還能得到油餅作為生物肥料或飼料，幫助農民發展畜牧水產業，促進農林牧副全面發展。有利于就地產銷生物柴油，實現農村能源自給；有利于生物柴油產業化，提供更多就業崗位，增加農民收入，促進農村和區域經濟發展，推進小康進程。同時，在我市發展光皮樹產業，可以顯著提高農林生物質資源綜合利用水平，改善生態環境和促進社會主義新農村建設，有利于發展和建立農林生物質產業化示范工程，為規模化生產生物質資源產業的發展和農村產業結構調整夯實基礎。

2贛南光皮樹資源的現狀和基礎

光皮樹原分布于長江流域至西南各地的石灰巖區，黃河及以南流域也有分布。據了解，我市于都、瑞金等部分鄉鎮有著悠久的栽培歷史，特別是70年代光皮樹在我市不少縣曾有過大量發展的過程，其主要目的在于解決或緩解人們食用油問題。當時，光皮樹種實壓榨油曾是我市部分區域作為當地群眾的主要食用油之一，產區市場有售，自產自銷，國家收購不多。目前，贛南現存光皮樹資源豐富，其中集中分布于于都縣的寬田等地，其它地區多為零星分布。據不完全統計，僅于都縣寬田鄉光皮樹就有近40000株，其中盛果期光皮樹有21600株，常年產鮮果16萬公斤。光皮樹主要分布在農田、河堤、房屋等四旁地帶和石灰巖質山地，生長良好。由于我市是全省光皮樹資源分布最多的地區域，蘊藏著巨大的資源優勢，早在1981年江西省電視臺就專程到寬田鄉攝制科教片，以此宣傳和發展光皮樹。1970年以來，湖南、福建、廣東、廣西和浙江等省，曾先后多次來我市于都等地考察和引種栽培，為我國南方發展光皮樹作出了重大貢獻。

一、學情分析

光的反射學生有一定的生活經驗，在小學科學中已經有一定的認識，本節內容的難點是從實驗現象中總結出反射定律，以及應用光的反射定律來解釋、解決一些實際問題，作光路圖的能力要求是比較高的。反射定律是光學中的重要定律，是理解平面鏡、球面鏡作用的基礎，也是本章的重點知識。

二、教學目標

1．知識與技能：會描述光的反射現象，能說出反射現象中的各個名稱：反射面、入射光線、入射點、法線、反射光線、入射角、反射角。能說出光的反射定律的內容、會區別漫反射、鏡面反射。確認鏡面反射和漫反射都遵從光的反射定律，知道光路是可逆的。

2．過程與方法：通過實驗確信反射光的方向取決于入射光線的方向和反射面的位置。改變入射光的方向和反射面的位置，能用光的反射定律分析結果。根據入射光線（或反射光線）和反射面的位置，作出反射光線（或入射光線）。

3．情感、態度、價值觀：能用光的反射現象說明自然界的一些光現象。觀察身邊的事物如玻璃幕墻產生的光污染使科學與實際相聯系；介紹我國古代光學的研究成就，激發學習熱情和民族自豪感。

(一)教材：物理通報編九年義務教育初中物理試驗本第一冊

(二)教學目的：

(1)使學生認識折射現象，掌握折射規律.

(2)使學生能作簡單的折射光路圖.

應達到的目標：①能說明什么是折射現象;②掌握折射時的規律;③能作出簡單的折射光路圖;④知道光發生折射的條件(斜射入兩種媒質的界面上，從一種媒質進入另一種媒質).

(三)課型：規律課.

知識目標

（1）知道什么是光的折射現象，知道折射中的入射點、入射光線、折射光線、法線、入射角和折射角．

（2）能敘述光的折射現象的實驗結論．

（3）知道光的折射現象中，光路是可逆的．

（4）已知入射光線，能根據光的折射現象的實驗結論畫出折射光線的大致方向．

（5）能舉出光的折射現象在生活中的實例．

文章摘要：對于光的本性的認識，幾個世紀以來始終存在著激烈的爭論，光的波粒二象性是兩種學說相互妥協的結果。在解釋一些現象如干涉和衍射時，人們就用波動說去解釋，而對另一些現象如光電效應就用微粒說去說明。這種既是微粒又是波的存在在觀念上確實叫人們不容易接受，其原因是到現在為止還沒有一種理論能很好地把波動和微粒統一在一個模式下。本文正是從這樣一種出發點來探討光的本性。

假設有一個光源S1，在S1前放置一塊屏幕，從S1發出的光（光子）會將整個屏幕均勻的照亮。我們知道，屏幕的亮度是與落在屏幕上面的光子數的多少有關的。嚴格地說，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光線與屏幕的交點為中心向四周逐漸變暗的。但這種變化決不是幾率問題。證明如下：把S1放在一個半徑為R1的球的中心，假設S1在單位時間里發射出N個光子，則單位球面積上所接受的光子數等于光子數N除以球的總面積4πR12，如果把球的半徑由R1變為R2（R2＞R1），則在單位球面積上所接受的光子數就變為N除以4πR22，由于R2大于R1，所以半徑為R1的球在單位球面積上接受的光子數大于R2球單位面積上的光子數。這就是為什么屏幕上的亮度是由明到暗逐漸變化的原因。當屏幕距光源的距離很大且屏幕的面積又很小時，就可以近似的認為屏幕上的光子是均勻分布的。

現在把另一個相干光源S2放在靠近S1的地方，情況有了變化。在垂直兩個光源的平面上出現了明暗相間的圓環，而在平行兩個光源的平面上，則出現了明暗相間的條紋見圖一，這就是人們所說的光的干涉條紋。因為干涉現象是波動的最主要特征，所以這也就成了光具有波動性的最有力證據之一。我們知道機械波是振動在媒質中的傳播，當有兩列相干波源存在時，媒質中任意一點的振動是兩列波各自到達這一點時波的疊加。當到達這一點的兩列波的相位相同時，則在這一點上的振幅最大，如果兩列波的相位相差1800時，則振動的振幅相互抵消，這樣就形成了有規則的干涉條紋。經典光學正是套用機械波的方法證明光的干涉條紋的，而傳播光的媒質以太已被證明是根本不存在的，這樣用機械波的方法證明光的干涉條紋也就顯得比較牽強。量子力學在解釋干涉條紋時則采用的是幾率波的方法，認為亮的地方是光子出現幾率多的地方，暗的地方則是光子出現幾率少的地方。問題是當只有一個光源時，光子是均勻分布在屏幕上的，而當存在另一個相干光源時，按照量子理論光子就會集中出現在一些地方而不去另一些地方，幾率的解釋是不能使人心悅誠服地接受的。愛因斯坦曾用上帝不擲骰子來表達他對用幾率描述單個粒子行為的厭惡。這就是目前對于光的干涉現象的兩種正統解釋方法。我們對于光本性的認識是否還存在其它我們沒有考慮到的因素，是否還存在其它的證明方法來統一光的波粒二象性即用一種理論解釋來解釋波動性和粒子性呢？

為了找到這種新的理論，在此我們不得不在現有光量子理論基礎上進行一些必要的修正即單個光量子的能量是變化的，光子的能量和質量是相互轉化的，轉化的頻率就是光的頻率。頻率快光子的能量大質量小，相反，頻率慢則光子的能量小質量大，這樣光子在空間所走的路程就形成了一條類波的軌跡。在論證光的干涉現象之前，我們先對光源進行定義。單頻率點光源---頻率單一且所有光子在離開光源時的狀態（相位）都相同。單頻率點光源具有這樣兩個特點，其一在距光源某一點的空間位置上，光子的狀態不隨時間變化。其二光子的狀態隨距點光源的距離作周期變化。光的波長指的是光子在一個周期的時間內在空間運行的距離。

我們在x軸上設置兩個點光源S1和S2，如圖一所示。令P為垂直平面上的一點，從P點到S1和S2的光程差PS1-PS2為波長的某個正數倍ml（m=±1，2，3，…）。從S1和S2出發的兩列光子，將同相地達到P點，狀態相同。再令Q為垂直平面上的另一點，從Q到S1和S2的光程差也為ml。過P和Q點做一條曲線，使得這曲線上所有過XO的垂直平面內的點的軌跡都具有這樣的性質，即這條曲線上任意一點到S1和S2的距離之差為常數，根據解析幾何我們知道，這曲線是一條雙曲線。如果我們設想這一雙曲線以直線XO為軸旋轉，則它將掃出一個曲面，叫做雙曲面。我們看到，在這曲面上的任意一點，來自S1和S2的光子始終都是同相位的（相位差保持不變），光子在曲面上的每一點的狀態是一定的，沿曲面上的點的狀態是周期變化的。由于光的波長很短，光子沿曲面的這種周期變化是不容易被觀測到。同理，我們令T為垂直平面上的另一點（圖中未畫出），從T點到S1和S2的光程差TS1-TS2為波長的l/2×（2m+1）倍（m=±1，2，3，…）。從S1和S2出發的兩列光子，將以1800的相位差達到T點。再令V為垂直平面上的另一點（圖中未畫出），從V到S1和S2的光程差也為道長l/2×（2m+1）倍。過T和V做一條曲線使這曲線上任一點到兩定點S1和S2的距離之差為常數，這曲線也是一條雙曲線，以XO為軸旋轉同樣將掃出一雙曲面。所不同的是來自S1和S2的光子到達這曲面上的任意一點的相位差始終為1800，疊加后的最終狀態是一個恒定的值。

圖一是在S1到S2的距離為3l，P點的光程差為PS1-PS2=2l（m=2）這一簡單情況下畫出的。m=1的那條雙曲線是垂直平面內光程差為l的那些點的軌跡。光程差為零（m=0）的各點的軌跡是過S1S2中點的一條直線。由它繞XO旋轉而成的將是一個平面。圖中還畫出m=-1和m=-2的雙曲線。在這種情況下，這五條曲線繞XO旋轉而產生五個曲面，這五個曲面將S1和S2兩光源所形成的能量場分成了6個左右對稱的無限延伸的能量空間。屏幕上亮線將出現在屏幕與諸雙曲面相交的那些曲線的任何所在位置上。如果兩點光源間的距離是許多個波長，則將存在許多曲面，在這些曲面上各光子相互加強。因而在平行于兩光源連線的屏幕上，將形成許多明暗相間的雙曲線（幾乎是直線）干涉條紋。而在垂直于兩光源連線的屏幕上將形成許多明暗相間的圓形干涉條紋。兩條相鄰的明條紋之間的關系是光程差相差一個l，暗條紋與相鄰明條紋之間相差l/2。干涉條紋從明到暗再到明之間的相位變化是從同相到相差1800相位再到同相。