杨氏双缝实验
- 格式:doc
- 大小:122.50 KB
- 文档页数:4
实验六 杨氏双缝实验一、实验目的1.观察杨氏双缝干涉现象,认识光的干涉。
2.了解光的干涉产生的条件,相干光源的概念。
二、实验原理(一)杨氏双缝实验由光源发出的光照射在单缝S 上,使单缝S 成为实施本实验的缝光源。
在单缝S 前面放置两个相距很近的狭缝S 1和S 2,且S 1和S 2与S 之间的距离均相等。
S 1和S 2是由同一光源S 形成的,满足振动方向相同、频率相同、相位差恒定的相干条件。
故S 1和S 2为相干光源。
当S 1和S 2发出的光在空间相遇,将产生干涉现象,在屏幕P 上将出现明、暗交替的干涉条纹。
1. 分波阵面获得相干光,满足振动方向相同,相位差恒定,频率相同的干涉条件。
2. 干涉明暗条纹的位置P 点处的波程差,12r r -=δ∆,(空气的折射率 n = 1 ) 在 D >>d , D >>x ,即θ 很小时,D xd d d r r =≈≈-=θθδtan sin 12 (其中Dx=θtan ) (1)双缝干涉的明暗纹条纹干涉相消暗纹干涉相长明纹 ,2,1,0,2,1,0)12(==⎩⎨⎧+±±==k k k k x D dλλδ(2)干涉明暗纹的位置,2,1,02)12(,2,1,0=+±==±=k dD k x k d D kx ,暗纹,明纹λλ两相邻明纹或暗纹的间距都是dD x λ=∆ 其它 x 点的亮度介于明纹和暗纹之间,逐渐变化 综上所述,杨氏双缝干涉的特点:(1) 用分振幅法获得相干光,两束光初相位相同,均无半波损失;(2) 干涉明暗纹是等间距分布,相邻明纹间的距离与入射光的波长成正比,波长越小,条纹间距越小;(3) 若用白光照射,则在中央明纹(白光)的两侧将出现彩色条纹。
(二) 杨氏双缝干涉的光强分布狭缝S 1和S 2发出的光波单独到达屏上任一点B 处的振幅分别为A 1和A 2,光强分别为I 1和I 2,则根据叠加原理,两光波叠加后的振幅为:)cos(212212221ϕϕ-++=A A A A A两光波叠加后的光强为:)cos(2122121ϕϕ-++=I I I I I其中: λδπϕϕ212=-。
一、实验目的1. 通过杨氏双缝实验,观察光的干涉现象,验证光的波动性。
2. 理解光的干涉条件,包括相干光源的概念。
3. 掌握实验仪器的操作方法,包括光源、狭缝、透镜和屏幕等。
4. 学习如何测量光波的波长。
二、实验原理杨氏双缝实验是由英国物理学家托马斯·杨于1801年提出的,该实验通过观察光通过两个狭缝后在屏幕上形成的干涉条纹,验证了光的波动性。
实验原理基于以下两个假设:1. 光是一种波动现象。
2. 当两束相干光波相遇时,会发生干涉现象。
在杨氏双缝实验中,光通过两个狭缝后,在屏幕上形成一系列明暗相间的干涉条纹。
这些条纹的形成是由于两束光波相遇时发生干涉,即两束光波的振幅相加,导致某些区域光强增强(亮条纹),而另一些区域光强减弱(暗条纹)。
根据杨氏双缝实验的原理,可以推导出干涉条纹间距的公式:\[ \Delta x = \frac{\lambda L}{d} \]其中,\(\Delta x\) 是相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离,\(\lambda\) 是光波的波长,\(L\) 是屏幕到双缝的距离,\(d\) 是两个狭缝之间的距离。
三、实验仪器1. 激光器:提供单色光源。
2. 狭缝板:包含两个平行的狭缝。
3. 透镜:将激光束聚焦到狭缝板上。
4. 屏幕板:用于观察干涉条纹。
5. 支架:用于固定实验仪器。
四、实验步骤1. 将激光器、狭缝板、透镜和屏幕板按照实验要求放置在支架上。
2. 调整透镜,使激光束聚焦到狭缝板上。
3. 调整狭缝板,使两个狭缝平行且距离适中。
4. 调整屏幕板,使屏幕与狭缝板平行,并观察屏幕上的干涉条纹。
5. 记录屏幕上的干涉条纹间距,并计算光波的波长。
五、实验结果与分析1. 在实验过程中,成功观察到屏幕上的干涉条纹,验证了光的波动性。
2. 根据干涉条纹间距的测量结果,计算出光波的波长。
3. 通过实验结果,可以得出以下结论:- 光是一种波动现象。
- 干涉现象是光波的基本特性之一。
波动光学实验系列之杨氏双缝干涉
一、引言
波动光学实验一直是光学领域中的重要研究方向,其中杨氏双缝干涉实验是一种经典的实验现象。
本文将介绍杨氏双缝干涉实验的原理、实验装置及其应用。
二、实验原理
杨氏双缝干涉实验是利用光的波动性质进行研究的实验。
在这个实验中,一束光线通过两个密接的缝隙后,形成交替明暗条纹的干涉图样。
这种干涉现象可以用光的波动理论来解释,根据叠加原理,两个波的相位差会决定光的干涉效应。
三、实验装置
杨氏双缝干涉实验的实验装置主要包括光源、双缝光栅、透镜和屏幕。
光源产生一束平行光,通过双缝光栅后,光线经过透镜成像在屏幕上,观察者可以看到干涉条纹的形成。
四、实验过程
在进行杨氏双缝干涉实验时,首先需要调整光源和双缝光栅的位置,使得光线通过双缝形成干涉条纹。
然后调整透镜的位置和焦距,使得干涉条纹清晰可见。
最后观察屏幕上的干涉条纹,并记录实验现象。
五、实验应用
杨氏双缝干涉实验不仅是一种经典的光学实验,还具有广泛的应用价值。
在现代科学研究中,杨氏双缝干涉实验常被用于测量光波的波长、验证光的波动性质,以及研究干涉现象对光学元件的影响等方面。
六、结论
通过对杨氏双缝干涉实验的介绍,我们可以更深入地了解光的波动性质和干涉现象。
这一实验不仅展示了光学的精彩世界,还为我们理解光的本质提供了重要的实验依据。
希望通过这篇文档,读者能够对光学实验有一个更加全面的认识。
以上是关于波动光学实验系列之杨氏双缝干涉的简要介绍,希望能为您带来有价值的信息。
波动光学实验系列之杨氏双缝干涉导言波动光学是物理学中一个重要的研究领域,它探讨光在波动性质下的各种现象。
杨氏双缝干涉实验是波动光学中的经典实验之一,通过该实验可以直观展示出光波的干涉现象。
本文将对杨氏双缝干涉实验进行探讨,揭示其原理、实验步骤以及相关的物理现象。
杨氏双缝干涉实验原理在光学中,双缝干涉是一种常见的干涉现象,它源于入射光波在通过两个狭缝后形成的干涉图样。
当两束光波相遇时,它们会发生相对相位的变化,从而形成明条纹和暗条纹的干涉条纹图案。
在杨氏双缝干涉实验中,一束单色光通过一个狭缝后,再经过另一个狭缝后形成干涉图样。
通过观察干涉条纹的位置和间距,可以得出有关入射光波波长、光程差等物理量的信息。
杨氏双缝干涉实验装置杨氏双缝干涉实验需要一些基本的器材来实现,例如:单色光源、狭缝装置、屏幕等。
实验装置的搭建需要保证光路的稳定性和准确性,以获得清晰的干涉条纹图案。
在实验过程中,单色光源发出的光线通过第一个狭缝后,变成一束平行光线。
接着经过第二个狭缝后,形成交叠的光波,产生干涉现象。
在屏幕上观察,可以看到明暗条纹交替出现的图案。
杨氏双缝干涉实验结果分析通过杨氏双缝干涉实验得到的干涉条纹图案,可以进行精确的测量和分析。
根据干涉条纹的间距和位置可以计算光波的波长、狭缝之间的距离以及入射光的入射角等物理量。
在实验中,如果调整狭缝之间的距离或光源的波长,观察干涉条纹的变化情况,可以进一步验证波动光学理论,加深对光波行为的理解。
结论杨氏双缝干涉实验是波动光学中具有代表性的实验之一,它揭示了光波的干涉现象并为光学研究提供了重要的实验依据。
通过对该实验的学习和探索,有助于加深对光波行为的认识,拓展波动光学领域的知识。
波动光学的研究不仅在理论上有着重要的意义,也在实际技术应用中有着广泛的应用。
随着光学技术的不断发展,波动光学实验系列将继续为人们展示光波的奇妙世界,为光学研究的进步贡献力量。
杨氏实验与双缝干涉杨氏实验和双缝干涉是物理学中重要的实验现象,揭示了光的波动性。
通过这两个实验,科学家们深入研究了光的性质以及波动理论。
本文将对杨氏实验和双缝干涉进行介绍和解释。
杨氏实验,也被称为杨氏干涉实验,是由英国科学家托马斯·杨于1801年首次进行的实验。
这个实验通过将一束单色光引入一块波动性较强的金属板,光在金属板上发生衍射现象,形成一系列亮暗相间的光纹条纹。
这些纹条可以用于测量光的波长以及其他光学性质。
杨氏实验证明了光有波动性,支持了波动理论的观点。
而双缝干涉实验是另一个重要的实验,它是由托马斯•杨于1801年进行的。
这个实验使用两个极其接近的缝隙,将一束单色光照射到通过缝隙后,在屏幕上形成干涉条纹。
这些条纹是由光的波长和缝隙间距共同决定的,如果波长和间距匹配,会形成明暗相间的条纹,这个现象被称为干涉。
这个实验进一步证实了光的波动性,并帮助科学家们研究光波的性质和行为。
这两个实验的解释可以用波动理论来进行。
波动理论认为,光是一种电磁波,具有波长、频率和振幅等特性。
光的传播可以像水波一样。
当光遇到一个障碍物,比如狭缝或物体边缘时,它会发生衍射现象。
衍射可以解释杨氏实验和双缝干涉中观察到的光的波纹现象。
双缝干涉实验证实了波动性是光的本质特性之一,同时引发了一些重要的研究和发现。
例如,当科学家进行实验时,他们发现当光通过双缝时,光的干涉模式与它通过单个缝隙或多个缝隙时不同。
这个发现引发了对光的粒子性和波粒二象性的深入研究。
其结果被归纳为“光是既有波动性又有粒子性”。
杨氏实验和双缝干涉的应用范围非常广泛。
它们不仅在光学领域中有重要应用,还用于物理学和量子力学中的相关研究。
通过对干涉现象的观察和分析,科学家们可以研究光的波动性和特性,也可以应用到其他波动现象的研究中。
总结起来,杨氏实验和双缝干涉是物理学中两个重要的实验现象,它们揭示了光的波动性质,证实了光同时具有粒子性和波动性。
通过这些实验的研究,我们可以更深入地了解光的本质以及物理学中的其他相关问题。
杨氏双缝干涉干涉是光学中一种常见的现象,它制约着光的传播以及我们对光的理解。
其中,杨氏双缝干涉是经典的干涉实验之一。
本文将通过对杨氏双缝干涉的解析,详细介绍其原理、实验步骤以及实验结果。
一、杨氏双缝干涉原理杨氏双缝干涉是指当光通过两个紧密且等宽的缝隙时,光的波动特性导致的一种干涉现象。
当光线通过两个缝隙时,它们会发生干涉,交叠形成一系列亮暗条纹。
这是因为光的波动特性使得每个缝隙都成为了一个次级光源,这些次级光源形成的波前在空间中相互干涉,产生了不同的干涉图案。
二、实验步骤1. 准备实验装置:首先,需要准备一个光源、一个狭缝、一个屏幕以及一台可调节的显微镜。
将光源置于较远的位置,将狭缝置于光源与屏幕之间,确保光线能够通过狭缝均匀地照射在屏幕上。
2. 调整狭缝宽度:调整狭缝的宽度,使其尽量保持均匀并且两个缝隙之间的距离相等。
3. 观察干涉图案:将显微镜对准屏幕上的干涉图案,并调节焦距。
通过显微镜观察,将会看到一系列明暗相间的条纹。
这些条纹是由缝隙产生的次级光源交叠形成的。
三、实验结果杨氏双缝干涉实验的观察结果是一系列条纹,其特点如下:1. 条纹间距:相邻两条亮纹或暗纹之间的距离相等,且依赖于光源波长以及缝隙间距,可以通过公式Δx = λL/d计算得到,其中Δx为条纹间距,λ为光源波长,L为狭缝到屏幕的距离,d为缝隙间距。
2. 条纹明暗:亮纹代表光的增强,暗纹代表光的减弱。
这是因为两个缝隙发出的光波在某些方向上相互增强,形成亮纹;而在其他方向上相互抵消,形成暗纹。
3. 干涉级数:根据实验结果,可以观察到不同级别的干涉条纹。
首先出现的为一级暗纹与一级亮纹,然后是二级暗纹与二级亮纹,以此类推。
干涉级数越高,条纹越密集。
四、应用与意义杨氏双缝干涉实验是光学研究中的重要实验之一,它具有以下应用与意义:1. 验证光的波动理论:杨氏双缝干涉实验结果可以很好地验证光的波动性质。
实验证实了平面波的效应以及波的叠加原理。
一、实验目的1. 理解杨氏双缝干涉现象的基本原理。
2. 掌握杨氏双缝干涉实验装置的基本结构及光路调整方法。
3. 观察双缝干涉现象,并掌握光波波长的一种测量方法。
二、实验原理杨氏双缝干涉实验是托马斯·杨于1801年设计的一个经典实验,用以证明光的波动性质。
实验原理基于光的干涉现象,即当两束相干光波相遇时,它们会相互叠加,形成明暗相间的干涉条纹。
实验中,单色光通过两个非常接近的狭缝后,在屏幕上形成干涉条纹。
干涉条纹的形成是由于两束光波在经过狭缝后发生相位差,从而产生干涉现象。
根据干涉条纹的间距,可以计算出光波的波长。
三、实验器材1. 杨氏双缝干涉仪一台(WSY-6-0.5mm)2. 测微目镜一个(0.01mm)3. 钠灯光源一套4. 硬纸板一块5. 刻度尺一把6. 画笔一支四、实验步骤1. 将杨氏双缝干涉仪放置在实验台上,调整至水平状态。
2. 将钠灯光源置于干涉仪的一端,调整光源位置,确保光束垂直照射到狭缝上。
3. 使用测微目镜观察干涉条纹,调整狭缝间距和屏幕距离,使干涉条纹清晰可见。
4. 使用刻度尺测量干涉条纹的间距,记录数据。
5. 改变狭缝间距和屏幕距离,重复实验步骤,记录不同条件下的干涉条纹间距。
6. 分析实验数据,计算光波的波长。
五、实验结果与分析1. 通过观察干涉条纹,可以清晰地看到明暗相间的干涉条纹,证明了光的波动性质。
2. 根据干涉条纹的间距,可以计算出光波的波长。
实验结果显示,钠光的波长约为589nm。
3. 改变狭缝间距和屏幕距离后,干涉条纹间距发生变化,说明干涉条纹间距与狭缝间距和屏幕距离有关。
六、实验总结1. 杨氏双缝干涉实验成功地证明了光的波动性质,为光的波动理论提供了有力证据。
2. 实验过程中,通过调整狭缝间距和屏幕距离,可以观察到不同条件下的干涉条纹,加深了对干涉现象的理解。
3. 本实验为光波波长的一种测量方法,具有较高的精度。
七、注意事项1. 实验过程中,注意保持干涉仪的稳定,避免振动影响实验结果。
光的干涉实验杨氏双缝干涉实验的分析光的干涉实验:杨氏双缝干涉实验的分析光干涉是光学中一种重要的现象,可以通过光的波动性质来解释。
杨氏双缝干涉实验是最经典的干涉实验之一,通过该实验可以展示出光的波动性。
1. 实验介绍:杨氏双缝干涉实验是由英国科学家杨振宁于1801年提出的。
实验装置包括两个狭缝和一块屏幕,其中光源发出的平行光通过两个狭缝后形成干涉条纹在屏幕上。
实验的目的是研究光的干涉现象和波动性质。
2. 干涉原理:杨氏双缝干涉实验基于光的干涉原理。
当平行光通过两个狭缝后,光波会按照一定的波程差相遇在屏幕上。
当波程差为整数倍的波长时,相干光会产生增强干涉,形成明条纹;当波程差为奇数倍的半波长时,相干光会产生相消干涉,形成暗条纹。
根据此原理,实验者可以观察到交替排列的黑白条纹。
3. 光的干涉现象:杨氏双缝干涉实验中,观察到的干涉条纹是光的波动性质的直接证据。
在屏幕上,条纹之间的距离较大的称为暗条纹,条纹之间的距离较小的称为明条纹。
通过计算干涉条件下的条纹间距和波长等参数,可以得到光的波动性相关的信息。
4. 干涉条纹的特点:杨氏双缝干涉实验中,干涉条纹的特点受多种因素影响,包括波长、狭缝间距、狭缝宽度、距离等。
其中,干涉条纹间距与波长和狭缝间距成反比例关系,即间距越大,波长越长,干涉条纹越远。
同时,干涉条纹的强度和光强平方成正比,即光强越大,干涉条纹越明显。
5. 双缝干涉实验的应用:杨氏双缝干涉实验不仅仅用于研究光的波动性质,还有许多实际应用。
例如,它可以用于测量光波的波长、测量光源的光强和光的相干性等。
在现代科学中,双缝干涉实验也被应用于其他波动现象的研究,如电子波和声波的干涉实验。
综上所述,杨氏双缝干涉实验是一种经典的光干涉实验,通过实验装置中的两个狭缝和屏幕,观察到条纹的形成展示了光的波动性质。
该实验深入研究光的干涉现象,并且应用广泛,有助于我们更深入地了解光的性质和波动理论。
【关键字】实验杨氏双缝实验报告篇一:杨氏双缝实验实验报告一,实验目的(1)观察杨氏双峰干涉现象,认识光的干涉。
(2)了解光的干涉产生的条件,相干光源的概念。
(3)掌握和熟悉各实验仪器的操作方法。
二,实验仪器9 :延伸架1:钠灯(加圆孔光阑)10:测微目镜架2:透镜L1(f=50mm)11:测微目镜3:二维架(sz-07)12:二维平移底座(sz-02)4:可调狭缝s(sz-27)13:二维平移底座(sz-02)5:透镜架(sz-08,加光阑)14:升降调节座(sz-03)6:透镜L2(f=150mm)15:二维平移底座(sz-02)7:双棱镜调节架(sz-41)16:升降调节座(sz-03)8:双缝三,实验原理由光源发出的光照射在单缝s上,使单缝s成为实施本实验的缝光源。
由杨氏双缝干涉的基本原理可得出关系式△x= Lλ/d,其中△x是像屏上条纹的宽度──相邻两条亮纹间的距离,单位用mm;L是从第二级光源(杨氏狭缝)到显微镜焦平面的距离,单位用mm;λ是所用光线的波长,单位用nm;d是第二级光源(狭缝)的缝距(间隔),单位用mm。
四:实验步骤(1)调节各仪器使光屏上出现明显的明暗相间的条纹。
(2)使钠光通过透镜L1汇聚到狭缝s上,用透镜L2将s成像于测微目镜分划板M 上,然后将双缝D置于L2近旁。
在调节好s,D和M的mm刻线平行,并适当调窄s 之后,目镜视场出现便于观察的杨氏条纹。
(3)用测微目镜测量干涉条纹的间距△x,用米尺测量双缝至目镜焦面的距离L,用显微镜测量双缝的间距d,根据△x=Lλ/d计算钠黄光的波长λ。
五:数据记录与处理数据表如下:M/条x1(mm)x2(mm x(mm)0.1400.220 1.168 1.449 0.200 1.649 1.245 0.680 1.028 1.1301.148 0.8302.178 2.100 1.111 2.657 2.512 1.632 1.630 1.7060.336 0.305 0.7 0.3255 0.7 0.336 0.31675 0.3 0.301 0.288λ(mm)0.000274039 0.000248755 0.000274582 0.000265475 0.000247668 0.0002740390.000258338 0.000258814 0.000245493 0.000234893 2 3 2 3 34 3 2 2r1(cm) r2(cm) d1(mm) d2(mm) r(cm) d(mm)62.70 62.80 62.75r的平均值:795.333333mm d的平均值:0.mm 根据公式△x=L*λ/d求得λ(如表所示),最后求得λ的平均值为0.000258209mm 注:以上数据均根据公式用Excel电子表格计算得出。
光的干涉杨氏双缝干涉与等厚干涉的实验光的干涉:杨氏双缝干涉与等厚干涉的实验光是一种波动现象,当光波遇到一定条件下的干涉现象时,会产生干涉条纹。
本文将重点介绍两种常见的光的干涉实验:杨氏双缝干涉和等厚干涉。
通过这两个实验,我们可以更好地理解和观察光的干涉现象,并探索光波的性质和特点。
一、杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是由英国物理学家杨振宁于1801年提出的。
这个实验是通过在一个平面上放置两个相距较近的狭缝,让单色光通过狭缝后形成的两个光源重叠在屏幕上,从而产生干涉条纹。
实验装置包括:一束单色光、两个狭缝和一个屏幕。
首先,将光源转化为单色光源,如使用某种滤光片或干涉仪等。
然后在光源之前放置两个细缝,它们的宽度要远小于光的波长。
最后,在两个缝的前方放置一个屏幕,用来接收经过双缝的光,并观察干涉条纹。
当单色光通过两个狭缝之后,在屏幕上形成的干涉条纹具有明暗相间的特点。
亮纹是两个光波相长叠加而形成的,而暗纹则是两个光波相消干涉所得。
通过测量和观察这些条纹的间距和间隔,我们可以计算出光的波长以及其他相关参数。
杨氏双缝干涉实验不仅在物理学领域中有重要的意义,而且在实际应用中也有一定的价值。
例如在天文学中,通过观察恒星干涉仪中形成的干涉条纹,可以研究恒星的性质和运动状态。
二、等厚干涉实验等厚干涉是一种基于光的相位差的干涉现象。
这种实验可以通过在光路中引入光学元件来实现,例如透明薄膜或玻璃片等。
当单色光垂直入射到这些光学元件表面上时,光在不同介质间传播会产生不同相位差,从而形成干涉现象。
等厚干涉实验的原理是,通过改变光程差的方式,使得两束光波在某些区域相长叠加,而在另一些区域相消干涉。
这种实验通常使用等厚干涉仪来实现,等厚干涉仪由一个透明薄膜和两块玻璃片组成。
在等厚干涉实验中,我们可以通过观察干涉图案的变化来研究材料的光学性质和厚度。
干涉条纹的形状和排列方式取决于所使用的光学元件的材料、厚度和波长等。
三、实验应用和意义光的干涉实验在科学研究和应用中有着广泛的应用和意义。
光的干涉实验杨氏双缝干涉光的干涉实验是研究光的波动性质的重要方法之一。
其中,杨氏双缝干涉实验是最经典的实验之一,通过该实验可以观察到光的干涉现象,并且得到一些关于光波性质的重要结论。
一、实验原理杨氏双缝干涉实验的原理是基于光的波动性。
当光通过两个非常接近的狭缝时,光波通过两个狭缝后,会出现干涉现象。
干涉是波动现象的一个重要性质,当两个波源的波峰和波谷相遇时,波峰与波峰之间发生叠加,波谷与波谷之间也发生叠加,从而形成干涉条纹。
二、实验装置杨氏双缝干涉实验的装置主要包括:光源、夹具、调节装置、双缝屏、屏幕等。
其中,光源可以是单色光源或者白光源,夹具用于固定双缝屏,调节装置用于控制双缝宽度和间距,屏幕用于接收干涉条纹。
三、实验步骤1. 首先,将双缝屏固定在夹具上,并将夹具放置在光源前方。
2. 通过调节装置,控制双缝的宽度和间距,使其适合实验需求。
3. 在双缝屏的后方放置一块屏幕,用于接收干涉条纹。
4. 打开光源,使其射出光线,通过双缝后,光线将会在屏幕上形成干涉条纹。
5. 观察屏幕上的干涉条纹,记录实验结果。
四、实验结果与结论通过杨氏双缝干涉实验,我们可以观察到以下实验结果:1. 干涉条纹是等间距的明暗条纹,明条纹和暗条纹依次交替出现。
2. 干涉条纹的宽度与光波的波长有关,波长越短,条纹越狭窄。
3. 干涉条纹的间距与双缝间距成反比,双缝间距越大,条纹间距越小。
通过以上实验结果,我们可以得出以下结论:1. 光具有波动性质,通过杨氏双缝干涉实验可以观察到光波的干涉现象。
2. 杨氏双缝干涉实验验证了光的波动性和波动理论。
3. 干涉条纹的特征参数可以用来测量光波的波长和双缝间距。
五、应用与展望杨氏双缝干涉实验不仅仅用于研究光的波动性质,还可以应用于其他领域。
1. 光学仪器的校准:通过测量干涉条纹的特征参数,可以对光学仪器的性能进行校准,提高仪器的精确度。
2. 先进材料的表征:利用干涉条纹的测量方法,可以对材料的薄膜厚度、折射率等进行表征,为材料设计和制备提供重要参考。
光的干涉实验杨氏双缝实验光的干涉实验——杨氏双缝实验光的干涉实验是一种经典的实验方法,可以揭示光的波动性质和干涉现象。
其中,杨氏双缝实验被认为是最经典的光的干涉实验之一。
本文将详细介绍杨氏双缝实验的原理、装置及实验结果,并探讨光的干涉现象对科学研究和技术应用的重要性。
一、实验原理杨氏双缝实验利用光的波动性质,在一个屏上设置两个极为接近的狭缝,通过狭缝射过来的光波经过衍射会形成一组干涉条纹。
这一实验可以用来研究光的波动性质、光的干涉现象以及相关的光学量。
二、实验装置杨氏双缝实验装置由光源、双缝、银屏、接收屏以及适当的调节装置组成。
光源通常选择单色光源,如激光,以保证光的单色性。
双缝间距需保持一定的宽度,一般使用可调的双缝装置。
银屏位于双缝与接收屏之间,能够有效地接收和记录干涉条纹。
三、实验结果通过杨氏双缝实验可以观察到一系列干涉条纹。
这些干涉条纹形式多样,呈现出明暗相间、交替出现的特点。
具体的干涉条纹形态与双缝间距、光波长度等因素有关。
实验中可以通过调节双缝间距和光源位置等参数,观察不同情况下的干涉条纹变化,进一步探究光的波动性质。
四、干涉现象的意义光的干涉现象在科学研究和技术应用中具有重要的意义。
首先,它验证了光的波动性质,支持了波动光学理论。
其次,通过干涉现象可以测量材料的薄膜厚度、表面形貌等物理性质。
再次,基于干涉现象的应用如全息术、干涉测量等在科学研究和工程技术领域都有广泛的应用。
五、光的干涉实验的进一步研究除了杨氏双缝实验,在光的干涉实验中还可以采用其他实验方法,如杨氏双棱镜实验、两个反射镜的干涉实验等。
这些实验方法更进一步揭示了光波的性质和干涉现象的规律。
此外,光的干涉实验还可以与其他实验方法相结合,如杨氏双缝实验与贝尔干涉仪的组合应用等,以进一步深入研究光的干涉现象和光学量的测量。
光的干涉实验的发展历程是科学研究和技术进步的重要组成部分。
通过不断深入探索和实验验证,我们可以更好地理解和应用这一现象,推动光学领域的发展。
实验六 杨氏双缝实验
一、实验目的
1.观察杨氏双缝干涉现象,认识光的干涉。
2.了解光的干涉产生的条件,相干光源的概念。
二、实验原理
(一)杨氏双缝实验
由光源发出的光照射在单缝S 上,使单缝S 成为实施本实验的缝光源。
在单缝S 前面放置两个相距很近的狭缝S 1和S 2,且S 1和S 2与S 之间的距离均相等。
S 1和S 2是由同一光源S 形成的,满足振动方向相同、频率相同、相位差恒定的相干条件。
故S 1和S 2为相干光源。
当S 1和S 2发出的光在空间相遇,将产生干涉现象,在屏幕P 上将出现明、暗交替的干涉条纹。
1. 分波阵面获得相干光,满足振动方向相同,相位差恒定,频率相同的干涉条件。
2. 干涉明暗条纹的位置
P 点处的波程差,12r r -=δ∆,(空气的折射率 n = 1 ) 在 D >>d , D >>x ,即θ 很小时,D xd d d r r =≈≈-=θθδtan sin 12 (其中D
x
=θtan ) (1)双缝干涉的明暗纹条纹
干涉相消
暗纹干涉相长
明纹 ,2,1,0,2,1,0)12(==⎩⎨⎧+±±==
k k k k x D d
λ
λδ
(2)干涉明暗纹的位置
,2,1,02)12(,2,1,0=+±==±=k d
D k x k d D k
x ,暗纹,明纹λ
λ
两相邻明纹或暗纹的间距都是d
D x λ
=
∆ 其它 x 点的亮度介于明纹和暗纹之间,逐渐变化 综上所述,杨氏双缝干涉的特点:
(1) 用分振幅法获得相干光,两束光初相位相同,均无半波损失;
(2) 干涉明暗纹是等间距分布,相邻明纹间的距离与入射光的波长成正比,波长越小,条纹间距越小;
(3) 若用白光照射,则在中央明纹(白光)的两侧将出现彩色条纹。
(二) 杨氏双缝干涉的光强分布
狭缝S 1和S 2发出的光波单独到达屏上任一点B 处的振幅分别为A 1和A 2,光强分别为I 1和I 2,则根据叠加原理,两光波叠加后的振幅为:
)cos(212212
221ϕϕ-++=A A A A A
两光波叠加后的光强为:
)cos(2122121ϕϕ-++=I I I I I
其中: λ
δ
π
ϕϕ212=-。
当A 1=A 2=A 0,则I 1=I 2=I 0,两光波叠加后的光强为
,2,1,04,2,1,0)12(0
====⎩
⎨⎧+±±=I k I I k k k 光强暗纹光强明纹 λλδ
(三) 缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性
在双缝干涉实验中,如果逐渐增加光源狭缝S 的宽度,则屏幕P 上的条纹和会变得逐渐模糊起来,最后干涉条纹完全消失。
这是因为单缝S 内所包含的各小部分S '、S "等非相干波源;它们互不相干,且S '发出的光与S "发出的光通过双缝到达点B 的波程差并不相等,即S '、S "发出的光将各自满足不同的干涉条件。
比如,当S '发出的光经过双缝后恰在点B 形成干涉极大的光强时,S "发出的光可能在点B 形成干涉较小的光强。
由于S '、S "是非相干光源,它们在点B 形成的合光强只是上述结果的简单相加,即非相干叠加。
所以,缝S 愈宽,所包含的非相干子波源愈多,合光强的分布就愈偏离图17-的样式,结果是最暗的光强不为零,使最亮和最暗的差别缩小,从而造成干涉条纹的模糊甚至消失。
只有当光源S 的线度较小时,才能获得较清晰的干涉条纹,这一特性称为光场的空间相干性。
强调:空间相干性是指光源不同位置发出的光在屏幕上形成的干涉条纹是非相干叠加,是光源不同点的波列相遇在空间同一点;而时间相干性是指光源同一点发出的不同时刻波列相遇在空间同一点,不能相干。
三、主要仪器及耗材
1:钠灯(加圆孔光阑) 9:延伸架(SZ-09)
2:透镜L1(f '=50 mm ) 10:测微目镜架
3:二维架(SZ-07) 11:测微目镜M
4:可调狭缝S (SZ-27) 12:二维平移底座 (SZ-02) 5:透镜架(SZ-08,加光阑) 13:二维平移底座 (SZ-02)
6:透镜L2 (f '=150mm) 14:升降调节座(SZ-03)
7:双棱镜调节架 (SZ-41) 15:二维平移底座(SZ-02) 8:双缝D 16:升降调节座(SZ-03)
四、实验内容和步骤
1、使钠光通过透镜L1会聚到狭缝S 上,用透镜L2将S 成像于测微目镜分划板M 上,然后将双缝D 置于L2近旁。
在调节好S ,D 和M 的mm 刻线的平行,并适当调窄S 之后,目镜视场出现便于观测的杨氏条纹。
2、用测微目镜测量干涉条纹的间距△x ,用米尺测量双缝至目镜焦面的距离l ,用显微
镜测量双缝的间距d,根据
d l x λ
=
∆计算钠黄光的波长λ。
五、数据处理与分析
1、分析实验结果,讨论误差形成原因;
2、自拟表格记录实验数据。
六、实验注意事项
1、先后改变双棱镜和目镜的位置,分别观察干涉条纹的变化并作定性解释。
2、仔细观察双棱镜干涉场,是否受到衍射的影响,如何解释?
3、从光具座上取下滤光片,观察干涉条纹的变化,说明其特征。
七、思考题
1、狭缝s 的存在有没有必要?
2、狭缝s 的极限宽度是多少?
3、为什么白光也能产生双缝干涉?
4、试用杨氏双缝实验说明干涉与衍射区别与联系?
图6-4。