大学物理第三章1杨氏双缝干涉

杨氏双缝干涉 (测量实验)一、实验目的观察双缝干涉现象及测量光波波长二、实验原理用两个点光源作光的干涉实验的典型代表，是杨氏实验。

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来看，杨氏实验都具有十分重要的意义。

杨氏实验的装置如附图4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），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。

附图4 杨氏实验原理图参看附图4，设两个双缝S1和S2的间距为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S 2到P点的距离r1和r2分别写为：1122r S pr S p====(1)由上两式可以得到22212r r xd -=若整个装置放在空气中，则相干光到达P 点的光程差为： 21122xdL r r r r ∆=-=+ 在实际情况中，，这时如果x 和y 也比D 小的多（即在z 轴附近观察）则有122r r D +≈。

1、杨氏双缝干涉（1）杨氏简介托马斯·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。

●波动光学——双缝干涉十八世纪前后，牛顿的“光的微粒说”在光学研究中占统治地位。

杨氏在德国留学期间便对光的微粒说提出了怀疑。

他在哥丁根的博士论文中提出了关于声和光都是波动，不同颜色的光和不同频率的声都是一样的观点。

他认为，正如惠更斯以前所说的那样，光是一种波动。

1801年，杨氏出版了《声和光的实验和探索概要》一书，系统地论述了光的波动观点，向牛顿提出了挑战。

杨氏认为，解释强光和弱光的传播速度一样，用波动说比用微粒说更有效。

他还证明了惠更斯在冰洲石中所看到的双折射现象是正确的。

为了证实光的波动说的正确性，托马斯·杨用非常巧妙的方法得到了两个相干光源，并进行了著名的光的干涉实验。

他最初的实验方法是用强光照射小孔，以孔作为点光源，发出球面波，在离开小孔一定距离的地方放置另外两个小孔，它们把前一小孔发出的球面波分离成两个很小的部分作为相干光源。

于是在这两个小孔发出的光波相遇区域产生了干涉现象，在双孔后面的屏幕上得到了干涉图样。

●生理光学——三原色原理托马斯·杨在生理光学方面也有深入的研究。

他的光学理论研究也是从这里开始的。

他把光学理论应用于医学之中，奠定了生理光学的基础。

他提出了眼睛观察不同距离的物体是靠改变眼球水晶体的曲度来调节的观点，这是最早的眼睛光学原理的解释。

他还提出了人们对颜色的辨别是由于视网膜上有几种不同的结构，分别感受红、绿、蓝光线的假设，以此可以说明色盲的成因。

他还建立了三原色原理，认为一切色彩都是有红、绿、蓝三种原色按不同的比例混合而成的。

这一原理已成为现代颜色理论的基础。

●材料力学——杨氏模量托马斯·杨在材料力学方面最早提出弹性模量的概念，并认为剪应力也是一种弹性形变。

后来以他的名字命名了弹性模量，称为杨氏模量。

大学物理实验中的光学仪器与干涉现象【正文】大学物理实验中的光学仪器与干涉现象光学仪器是大学物理实验中不可或缺的一部分。

它们通过利用光的性质和现象，帮助我们观察和研究光的行为。

其中，干涉现象是一种重要的光学现象，对光学仪器的设计和使用起到了关键的作用。

本文将介绍大学物理实验中常用的光学仪器以及干涉现象的原理和应用。

一、光学仪器1.透镜透镜是一种能够使光线发生折射的光学元件。

它常用于聚焦和成像。

在大学物理实验中，透镜被广泛应用于光学成像和光学仪器的设计中。

透镜主要分为凸透镜和凹透镜两种类型。

凸透镜能够将光线聚焦到一点，而凹透镜则使光线发散。

2.棱镜棱镜是一种光学仪器，可以将光线按不同波长折射成不同的角度。

这是由于不同波长的光在物质中的折射率不同导致的。

在大学物理实验中，棱镜常用于分光和光谱的研究。

通过将光线分解成不同的波长，我们可以研究光的性质和组成。

3.干涉仪干涉仪是一种用于研究干涉现象的光学仪器。

它由两个或多个光波相干的光源和一个用于观察干涉现象的探测器组成。

通过干涉仪，我们可以观察到光的干涉和波动性质。

干涉仪的设计和使用非常复杂，但是它在科研和实验中有着广泛的应用。

二、干涉现象干涉现象是指两个或多个波相交产生的光的相互作用。

它产生的结果是光的增强或减弱，这取决于光波的相位差。

常见的干涉现象包括光的干涉条纹和干涉色彩等。

1.杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉是一种经典的干涉现象。

当一束平行光通过两个互相靠近的缝隙时，光线将发生干涉。

产生的干涉条纹可以帮助我们研究光的波动性质。

2.薄膜干涉薄膜干涉是指光通过透明薄膜时产生的干涉现象。

这是因为光在不同介质中的折射率不同，导致光波的相位发生变化。

薄膜干涉现象常见于油膜、附着在玻璃表面上的氧化膜等实验中。

3.牛顿环牛顿环是一种由透镜和玻璃片等光学元件产生的干涉现象。

当通过透镜的平行光与玻璃片表面产生反射和折射时，会形成一系列明暗相间的圆环。

这些圆环称为牛顿环，通过测量它们的直径和距离，我们可以计算出透镜和玻璃片的曲率和折射率。

双缝干涉和杨氏实验双缝干涉和杨氏实验是光学领域中重要的实验现象，它们揭示了光的波动性质和波动光学现象。

双缝干涉实验是通过两个非常接近的狭缝让光通过后产生明暗相间的干涉条纹，而杨氏实验则是通过单缝产生的光线在屏幕上形成一系列明暗相间的干涉条纹。

这两个实验都展示了光的波动特性以及波动光学理论的应用。

双缝干涉实验首先由托马斯·杨提出，并于1801年被扬内/弗雷诺等学者首次实验确定。

双缝干涉现象是光的波动性的重要表现之一，在实验中，通过一个光源照射到两个非常接近且相距适当的狭缝处，产生出的光经过两个狭缝后在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。

这种干涉现象的出现是由于光的波动性质导致的，光波在通过狭缝后会形成一系列光明和暗淡的波峰和波谷，通过叠加产生出条纹。

在双缝干涉实验中，当两个狭缝之间的距离足够小，光的波动效应就会在屏幕上形成清晰的明暗条纹。

这些条纹的间距与波长有关，根据双缝干涉实验的公式，可以通过测量条纹间距来计算出光的波长。

这项实验证明了光的波动性质，也成为光学研究中的重要实验之一。

与双缝干涉实验相类似的是杨氏实验，它也是一种光的波动性实现。

杨氏实验是由杨振宁提出的，它是利用单缝来产生干涉现象的实验。

在杨氏实验中，通过单缝让光通过后，在屏幕上产生一系列明暗相间的干涉条纹。

这些条纹的出现是由单缝的波动性质导致的，光波通过单缝后会发生弯曲、衍射和干涉等现象，从而形成条纹。

杨氏实验的原理和双缝干涉实验类似，通过测量条纹间距可以计算出光的波长，进而研究光的波动性质。

杨氏实验的出现也丰富了光学研究的实验手段，为研究光的波动性提供了重要的实验依据。

总的来说，双缝干涉和杨氏实验都是光学领域中重要的实验现象，它们揭示了光的波动性质和波动光学现象。

通过这两个实验的研究，人们对光的本质有了更深入的了解，也为光学领域的研究和发展提供了重要的实验基础。