双缝干涉实验的研究

本科毕业论文（设计）

题目：双缝干涉实验的研究

学生：王晓敏学号： ************ 学院：物理与电子科学学院专业：物理学

入学时间： 2010 年 9 月 13 日

指导教师：屈奎职称：讲师

完成日期： 2014 年 5 月 12 日

诚信承诺

我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《双缝干涉实验的研究》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人（签名）：

年月日

双缝干涉实验的研究

摘要：通过简单的方法和常用的材料分别设计制作出适合于实验室测量用和教室演示用双缝干涉实验器材。介绍了光源的选择和双缝的制作，并对刻线的不同情况对干涉图像的影响进行了图示说明。

关键词：双缝干涉；自制器材；波长；

Study of the Double-slit Interference Experiment

Abstract: A method and a simple design commonly used materials are suitable for laboratory measurements and classroom presentations with double-slit interference experiment equipment. Select the source and describes the production of double-slit, and the different situations engraved lines on interference images were illustrated.

Key words: double-slit interference; homemade equipment; wavelength

目录

1 引言 (1)

2 双缝干涉实验的自制器材介绍 (1)

2.1 针对实验室的双缝干涉自制器材的设计 (1)

2.2 针对教室演示用的双缝干涉自制器材设计 (2)

3 相关说明和注意事项 (3)

3.1 光源的要求 (3)

3.2 双缝的制作 (3)

3.2.1 为什么选择在平面镜上刻双缝 (3)

3.2.2 双缝间距的选择 (4)

3.2.3 双缝刻线的要求 (4)

4 用自制双缝干涉器材测量He-Ne激光的波长 (7)

5 结束 (8)

参考文献 (8)

致谢 (8)

1 引言

杨氏双缝干涉实验无可辩驳地证明了光的波动性[1]，是光学发展历史上里程碑式的实验，无论在高中还是在大学物理课程里都是重点讲授的内容。但笔者发现，关于这部分内容的实验演示器材大多不方便携带，且观测时需用显微目镜，一次只能一个人看，不适用于教室演示。所以导致在高中物理课堂上涉及到双缝干涉内容时几乎都是理论讲述而没有实验演示。

对这样一个直观性很强非常适合演示的内容，仅有理论讲述很让人遗憾，也不利于学生的理解。制作出材料简单、方便携带而且演示效果理想的双缝干涉实验器材是一件很有意义的事情。笔者在这方面进行了尝试。

2 双缝干涉实验的自制器材介绍

笔者针对适合于实验室测量用和适合于教室演示用的器材分别进行了设计。适合于实验室用的器材可以用来开展学生实验，有一定的测量精度而且易于定量测量。适合于教室演示的器材制作容易，非常便于携带，操作简单，且演示效果好，可以让全班同学同时观看。

2.1 针对实验室的双缝干涉自制器材的设计

一般实验室都配有光学导轨和光具座，现在He-Ne激光器也成为一些实验室的标准配备。利用这些现成的器材就可以组建一个双缝干涉实验仪。

首先要找一个平面镜，大小以能够夹在弹性镜架内为准。在平面镜的镀银面上刻两条平行且紧邻的细缝，作为产生干涉的双缝，如图1所示。

图1 刻有双缝的平面镜

将He-Ne激光器作为光源放在导轨的一端，后面放上刻好狭缝的平面镜，然后再放上用来接收干涉图像的光屏，如图2所示。

图2 实验室双缝干涉器材的摆放

调整各器材的位置和高度，使激光器的光点打在双缝上，通过移动光屛的远近得到效果最好的双缝干涉图像。实际得到的干涉图像如图3所示。

图3 自制双缝干涉器材的干涉图像

2.2 针对教室演示用的双缝干涉自制器材设计

对于在教室演示的器材一般要求要便于携带，演示效果尽量能够同时为全体同学所见，由于主要用来演示，对测量的精度要求不高。针对实验室的自制器材由于导轨太重不适用于教室演示。

利用生活中常见的东西：鞋盒，激光灯，平面镜，胶带，首先在鞋盒上开一个比平面镜稍小的孔，然后将刻有双缝的平面镜用胶带固定在鞋盒上。如图4所示。

图4 在鞋盒上固定刻有双缝的平面镜

在另一个鞋盒的相同高度上置入一个激光灯，只要将两个鞋盒前后放置，使激光灯所发的激光能够打在平明镜的双缝上，就可在前方接收到干涉图像，为了演示效果明显，可以选择教室的白墙作为接收屏幕，同时需将教室的窗帘拉上，尽量创造一个暗环境，实际放置情形和演示效果如图5所示。

图5 教室演示用自制双缝干涉装置和演示效果

3 相关说明和注意事项

3.1 光源的要求

双缝干涉的光源所发的光要求必须是相干光[2]，且光源的亮度越高演示效果越好，较暗的光会导致观察不到干涉图像或效果较差。日常使用的普通光源如日光灯、白炽灯是无法满足要求的。所以本实验所用的是具有高相干性和高亮度的激光灯，即使没有专业的He-Ne激光器，也可以用市面上常见的小型二极管激光灯，很容易买到，而且价格便宜。

3.2 双缝的制作

3.2.1 为什么选择在平面镜上刻双缝

双缝干涉实验的关键一步是得到两个平行且紧邻的细缝，双缝周围是不能透光