2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：杨氏双缝实验 (共14张PPT)

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 +≈。

杨氏双缝干涉实验讲义(共3页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--杨氏双缝干涉一、实验目的1、理解干涉的原理；2、掌握分波阵面法干涉的方法；3、掌握干涉的测量，并且利用干涉法测光的波长。

二、实验原理图1 杨氏双缝干涉原理图杨氏双缝干涉原理如图1所示，其中S为单缝，S1和S2为双缝，P为观察屏。

如果S在S1和S2的中线上，则可以证明双缝干涉的光程差为式中，d为双缝间距，θ是衍射角，l是双缝至观察屏的间距。

当由干涉原理可得，相邻明纹或相邻暗纹的间距可以证明是相等的，为，因此，用厘米尺测出l，用测微目镜测双缝间距d和相邻条纹的间距Δx，计算可得光波的波长。

三、实验仪器1:钠灯（加圆孔光阑）；2:透镜L1(f’=50mm)；3:二维架（SZ-07）；4:可调狭缝（SZ-27）；5：透镜架（SZ-08）；6：透镜L2(f’=150mm)；7：双棱镜调节架（SZ-41）；8：双缝；9：延伸架（SZ-09）；10：测微目镜架（SZ-36）；11：测微目镜（SZ-03）12、13、15：二维平移底座（SZ-02）；14、16：升降调节座（SZ-03）图2 实验装置图四、实验内容及步骤1、参考图2安排实验光路，狭缝要铅直，并与双缝和测微目镜分划版的毫尺刻线平行。

双缝与目镜距离适当，以获得适于观测的干涉条纹。

2、调单缝、双缝，测微目镜平行且共轴，调节单缝的宽度，三者之间的间距，以便在目镜中能看到干涉条纹。

3、用测微目镜测量干涉条纹的间距△x以及双缝的间距d，用米尺测量双缝至目镜焦面的距离l，计算钠黄光的波长λ，并记录结果。

4、观察单缝宽度改变，三者间距改变时干涉条纹的变化，分析变化的原因。

五、实验数据及结果1次数△x(mm)d(mm)l(mm)(nm) 12345注意：为减小测量误差，不直接测相邻条纹的间距△x，而要测n个条纹的间距再取平均值；另外由于测微目镜放大倍率为15倍，所以相邻条纹间距以及双缝间距的实际值应该为读数除以15。

波动光学中的杨氏双缝干涉实验波动光学是研究光波传播和干涉现象的一个重要分支，而杨氏双缝干涉实验则是波动光学中的经典实验之一。

本文将围绕杨氏双缝干涉实验展开论述，介绍实验的原理、设备和应用。

杨氏双缝干涉实验是由中国科学家杨振宁首次提出并进行的，也因此得名。

该实验主要是通过使用两个细缝，将光波分成两束并使其干涉，从而观察干涉现象。

实验装置一般由一个光源（如激光）和两个非常细小的缝隙（即两个缝隙之间的间距非常小）组成。

实验的原理可以用光的波动性来解释，即光波的超波性质。

当光波通过两个缝隙后，它们将呈现出一种交替的明暗条纹，这是由于两束光波的相位相对差而产生的。

当两束光波在特定位置上的相位差为波长的整数倍时，它们将相互加强，形成明亮的干涉条纹；而当相位差为半波长的奇数倍时，它们则相互抵消，形成暗的干涉条纹。

杨氏双缝干涉实验不仅可以验证光波的波动性，还可以用来测量光的波长。

通过调节两个缝隙之间的间距和观察干涉条纹的间隔，可以精确测量光的波长。

这项实验还可以用来研究光的偏振性质和相位差的变化规律。

此外，杨氏双缝干涉实验还有广泛的应用。

在物理学、光学和光电子学研究中，它经常被用来研究光波的干涉现象以及光的传播特性。

在天文学中，该实验还可以用来测量较遥远的天体的距离和直径。

在工业领域，杨氏双缝干涉实验可以用来测量表面的形貌和光学元件的质量。

近年来，随着科技的进步和技术的发展，杨氏双缝干涉实验也得到了进一步的发展。

例如，可以利用相干光源代替单一的光源，以增强干涉条纹的对比度和稳定性。

可以使用光纤和光电探测器等先进的设备来实现实验的自动化和数字化。

总结起来，波动光学中的杨氏双缝干涉实验是一项重要的实验，通过观察光波的干涉条纹来研究光的波动性质。

该实验不仅有着深厚的理论基础，还具有广泛的应用价值。

通过不断地改进和创新，这项实验必将在科研和工业领域发挥越来越重要的作用。