19实验十九 杨氏双缝干涉.pdf

《19实验十九 杨氏双缝干涉.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《19实验十九 杨氏双缝干涉.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、实验十九实验十九 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉Experiment 19 YangExperiment 19 Yang s Double-slit Interferences Double-slit Interference杨氏简介 Brief introduction Thomas Young托马斯杨（Thomas Young），英国物理学家、医师、考古学家，波动光学的伟大奠基人，在光学、生理光学、材料力学等方面都有重要的贡献。杨氏实验以简单的装置和巧妙的构思就实现普通光源来做干涉，它不仅是许多其它光学的干涉装置的原型，在理论上还可以从中提许多重要的概念和启发，无论从经典光学还是从现代光学的角度

2、来看，杨氏实验都具有十分重要的意义。实验目的实验目的 experimental purposeexperimental purpose(1)了解光波产生稳定干涉现象的条件.(2)观察日光及单色光的双缝干涉图样Double-slit interference fringes.(3)测定单色光的波长 wavelength.实验原理实验原理 experimental principleexperimental principle1.1.获得相干光源的方法分波阵面法。获得相干光源的方法分波阵面法。(method(method forfor producingproducing coherentcohe

3、rent lightlightsourcesource divided wavefront)divided wavefront)光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面的空间互相叠加，会发生干涉图形Interferencepattern.如果用单色光照射，在屏上会得到明暗相间的条纹;如果用白光照射，可在屏上观察到彩色条纹.2 波 的 叠 加 原 理图 1 杨氏实验原理图211(the superposition principle of wave)杨氏实验的装置如图 1 所示，在普通单色光源（如钠光灯）前面放一个开有小孔 S 的，作为单色点光源。在 S 照明的

4、范围内的前方，再放一个开有两个小孔的 S1和 S2的屏。S1和 S2彼此相距很近，且到 S 等距。根据惠更斯原理，S1和 S2将作为两个次波向前发射次波（球面波 spherical wave），形成交迭的波场。这两个相干的光波在距离屏为 D 的接收屏上叠加，形成干涉图样。为了提高干涉条纹的亮度，实际中 S，S1和 S2用三个互相平行的狭缝（杨氏双缝干涉），而且可以不用接收屏，而代之目镜直接观测，这样还可以测量数据用以计算。在激光出现以后，利用它的相干性和高亮度，人们可以用氦氖激光束直接照明双孔，在屏幕同样可获得一套相当明显的干涉条纹，供许多人同时观看。参看图 1，设两个双缝 S1和 S2的间距

5、为 d，它们到屏幕的垂直距离为 D（屏幕与两缝连线的中垂线相垂直）。假定 S1和 S2到 S 的距离相等，S1和 S2处的光振动就是具有相同的相位，屏幕上各点的干涉强度将由光程差L决定。为了确定屏幕上光强极大和光强极小的位置，选取直角坐标系 o-xyz，坐标系的原点 O 位于 S1和 S2连线的中心，x轴的方向为 S1和 S2连线方向，假定屏幕上任意点 P 的坐标为（x,y,D），那么 S1和 S2到 P 点的 距离 r1和 r2分别写为：dr1 S1p(x)2 y2 D22dr2 S2p(x)2 y2 D22(1)由上两式可以得到r22r12 2xd若整个装置放在空气中，则相干光到达 P 点

6、的光程差为：L r2r12xdr1r2在实际情况中，d D，这时如果 x 和 y 也比 D 小的多（即在 z 轴附近观察）则有r1r2 2D。在次近似条件下上式变为：L 再由光程差判据212xd(2)DL(p)m0(m 0,1,2,.)，p 为光强极大处。1L(p)(m)0(m 0,1,2,.)，p 为光强极小处。2可知道在屏幕上各级干涉的极大的位置为：x 干涉极小的位置是：1 D(m 0,1,2.)x (m)2dmD(m 0,1,2.)d(3)(4)相邻两极大或两极小值之间的间距为干涉条纹间距，用x来表示，它反映了条纹的疏密程度。由(3)式的相干条纹的间距为x Dd(5)变换可得：xdD式中

7、：d两个狭缝中心的间距单色光波波长D双缝屏到观测屏（微测目镜焦平面）的距离这就是本实验所要使用的原理公式。从实验中测得 D，d 以及x，即可由上式算出。实验仪器实验仪器experimentalexperimentalapparatusapparatus1、钠光灯（可加圆孔光栏）2、凸透镜 L：f=50mm3、二维调整架：SZ-074、单面可调狭缝：SZ-225、双缝（使用多缝板，规格参考下面注释）6、干板架：SZ-127、测微目镜 Le（去掉其物镜头的读数显微镜）8、读数显微镜架:SZ-389、三维底座：SZ-0110、二维底座：SZ-0221311、一维底座：SZ-0312、一维底座：SZ-

8、03仪器实物图及原理图 experimental instrument and principle diagram图 2 双缝实验仪器实物图及原理图实验步骤实验步骤experimentalexperimentalstepstep1把全部仪器按照图 2 的顺序在平台上摆放好，并调成共轴系统。钠光灯（可加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上。使单缝和双缝平行，而且由单缝射出的光照射在双缝的中间。（图中数据均为参考数据）2直接用眼睛观测到干涉条纹后，再放入微测目镜后进行测量。使相干光束处在目镜视场中心，并调节单缝和双缝的平行度（调节单缝即可），使干涉条纹最清晰。3用微测目镜测出干涉条纹的间距x，双缝到微测目

9、镜焦平面上叉丝分化板的距离 D。数据处理数据处理Data processingData processing利用已知双缝间距，在把测出的x 和 D 代入到公式xd中求出波长。D214把实验值和真实值进行比较，并找出误差原因。七、注：多缝板的规格。0.060.060.060.060.20.40.60.8思考题思考题 ExercisesExercises1光源上下移动时，干涉条纹如何变化？2双缝间距改变时，干涉条纹如何变化？3双缝到屏的距离改变时，干涉条纹如何变化？4入射光波长改变时，干涉条纹如何变化？关键词关键词 Key wordsKey words相干波 coherent waves，光的干涉 Interference of light，双缝干涉 Double-slitInterference，干涉图形Interference pattern，光程差opitacl length difference，球面波spherical wave，波长wavelength，相位差the phase difference，明纹bright fringes，暗纹 dark fringes，振幅 amplitude，反射 reflection，透射 refraction.215