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)
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2020高中物理竞赛(科普版)物理学史(力学篇)3新科学(共18张PPT)
• 比利时力学家斯台文（公元1548～1620）于1586 年出版了《静力学原理》一书。在这本书中对阿 基米德的杠杆原理作了简化的数学证明，提出了 平行力平衡的完整理论，研究了滑轮组平衡问题 和机械效率问题。
• 斯台文对斜面平衡问题进行了深入的研究，在两 个力互成直角的情况下，引进了三角形（或平行 四边形）法则，提出了力的分解的初步思想。
谢谢观看！
笛卡儿
• 第二位向宗教宣战的就是法国杰出的 数学家和哲学家笛卡儿（公元1596— 1650），他继续向经院哲学展开了斗 争。他反对信仰先于知识的宗教教义， 认为必须创立为实践服务的世俗科学 来代替经院哲学。他提出了 “怀疑 原则”作为创立真正的科学出发点。
二、理论概括方法的确定
• 培根、笛卡儿他们的方法论都 带有一定的片面性。笛卡儿强 调的演绎法的弱点在于前提错 了，结论就错了；归纳法的弱 点在于结论，它很容易带有局 限性与或然性。
5．伽利略相对性原理
• 精彩地描述了匀速直线运动的船舱里所观察到的现象。 他指出在这样的船舱里所观察到的现象将同船静止时 完全一样：人们跳向船尾不会比跳向船头来得远；从 挂着的水瓶中滴下的水滴仍会滴进正下方的罐子里； 蝴蝶和苍蝇继续随便地四处飞行，绝不会向船尾集中， 或者为赶上船的运动而显出疲累的样子……这些现象 表明，在封闭的船舱里所作的任何观察和实验，都不 能判断船究竟是在运动还是停止不动的。这就是著名 的伽利略相对性原理，这个原理的发现，是人类科学 认识史上的一个重大飞跃。
• 笛卡儿对物理学中发展起来的数学方法很赞赏， 认为一切科学都应该按照数学形式建立起来，把 理论思维作为出发点。笛卡儿创立的以数学为基 础的演绎法，成为后来的理论物理学的主要方法。
笛卡儿
• 笛卡儿也认为实验可以提供“原始 前提的必要素材”，还能检验所得 结论的正确性。伽利略同样认为。 真正的科学就在“经常展示在我们 眼前的这部最伟大的书中”，即宇 宙、自然界。人们必须通过实验去 阅读这部“自然之书”。
• 斯台文对斜面平衡问题进行了深入的研究，在两 个力互成直角的情况下，引进了三角形（或平行 四边形）法则，提出了力的分解的初步思想。
谢谢观看！
笛卡儿
• 第二位向宗教宣战的就是法国杰出的 数学家和哲学家笛卡儿（公元1596— 1650），他继续向经院哲学展开了斗 争。他反对信仰先于知识的宗教教义， 认为必须创立为实践服务的世俗科学 来代替经院哲学。他提出了 “怀疑 原则”作为创立真正的科学出发点。
二、理论概括方法的确定
• 培根、笛卡儿他们的方法论都 带有一定的片面性。笛卡儿强 调的演绎法的弱点在于前提错 了，结论就错了；归纳法的弱 点在于结论，它很容易带有局 限性与或然性。
5．伽利略相对性原理
• 精彩地描述了匀速直线运动的船舱里所观察到的现象。 他指出在这样的船舱里所观察到的现象将同船静止时 完全一样：人们跳向船尾不会比跳向船头来得远；从 挂着的水瓶中滴下的水滴仍会滴进正下方的罐子里； 蝴蝶和苍蝇继续随便地四处飞行，绝不会向船尾集中， 或者为赶上船的运动而显出疲累的样子……这些现象 表明，在封闭的船舱里所作的任何观察和实验，都不 能判断船究竟是在运动还是停止不动的。这就是著名 的伽利略相对性原理，这个原理的发现，是人类科学 认识史上的一个重大飞跃。
• 笛卡儿对物理学中发展起来的数学方法很赞赏， 认为一切科学都应该按照数学形式建立起来，把 理论思维作为出发点。笛卡儿创立的以数学为基 础的演绎法，成为后来的理论物理学的主要方法。
笛卡儿
• 笛卡儿也认为实验可以提供“原始 前提的必要素材”，还能检验所得 结论的正确性。伽利略同样认为。 真正的科学就在“经常展示在我们 眼前的这部最伟大的书中”，即宇 宙、自然界。人们必须通过实验去 阅读这部“自然之书”。
经典实验讲义-杨氏双缝干涉 (测量实验)
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 +≈。
高二物理竞赛杨氏双缝实验PPT(课件)
k = -2 k = -1 k =0 k =1
k =2
例2 如图所示，在杨氏双缝实验中，当作如 下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化？
（1）将其中一条缝的宽度变宽；
（2）用白光照射，一个缝用纯红色滤光片遮盖， 另一条缝用纯蓝色遮盖。
s
s1
o
s2
例3 D 、2 a 一定时，若变化，则 将x怎样变化？
§14-3 杨氏双缝实验 一、杨氏双缝实验
采用分波面法获得相干光
2mm， x1，4 =7.
0级明纹的位置如何改变？
形状：明暗相间的直条纹(平行于狭缝)
0级明纹为白色， 其余明纹为彩色条纹 。
2mm， x1，4 =7.
采用分波面法获得相干光
0级明纹的位置如何改变？ 2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。 一定时，若 变化，则 将怎样变化？
0.2 7.5 5104 mm 500nm
1000 (4 1)
（2）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的 距离。
（2）当x=60D0nm时1，00由0相 6邻明10纹4间距3公.0m式m
2a 0.2
例5 双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被
第7级明纹占据。已知 n云 1.58 55n0m
间距：条纹均匀分布
观察屏
相邻两条明纹或暗纹的距离：
暗纹 +2级
x
xk 1
xk
D
2a
x
+1级 0级亮纹 -1级
x
-2级
级次：中间条纹级次低,以0级明纹为中心， 两边对称。
5 白光入射 0级明纹为白色， 其余明纹为彩色条纹 。
k级彩色亮纹所在的位置坐标 x D k
2a
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：几何光学(共14张PPT)
惠更斯的贡献
❖和牛顿同时代的惠更斯，他主张光的 波动说，认为光是在“以太”中传播 的波。
❖提出次波原理：惠更斯原理 。
❖惠更斯原理虽然能够解释不少光学现 象，但他的波动说是比较粗糙的，又 错误的认为光是一种纵波，因此他还 摆脱不了几何光学的观念。
几何光学时期
❖ 十七世纪还讨论了另一个问题，即“是 不是有一个有限的光速？”笛卡儿采取 否定的态度，而伽里略是肯定的。
量子光学时期
❖黑体辐射的能量按波长的分布，和 光电效应。
❖ 维 恩 （ 德 国 人 ， 1864--1928 ） 公 式 和 瑞 利 （ 英 国 人 ， 1842--1919 ） — 金 斯 （ 英 国 人 ， 1877—1946 ） 公 式 ， 前者在短波区和实验结果相符，而 后者，在长波区和实验结果相符。
波动光学时期
❖ 1865年，麦克斯韦（苏格兰人，1831— 1879）电磁场理论建立，得出电磁波以 光速传播，所以说明光是一种电磁现象。 这一理论，于1888年被赫兹（德国人， 1857－1894）用实验证实。因此建立了 光的电磁理论。
❖ 1849年菲索（法国人，1819—1896）利 用转动齿轮法，1862年佛科（法国人， 1819～1868）利用旋转镜法，第一次在 实验室测定了光的速度，这就完全证实 了波动说的正确性。
❖ 1845年，法拉第（英国人，1791—1867）发 现了偏振光的振动面在强磁场中旋转的现象， 从而揭示了光和电磁的内在联系。1856年韦伯 （德国人，1804－1891）和柯尔劳斯（德国 人 ， 1809—1858 ） ， 发 现 电 荷 的 电 磁 单 位 和 静电单位的比值等于光在真空中的传播速度。
光电效应
❖ 当光照在某些金属上会逸出电子，这就是光 电效应。
杨氏双缝干涉实验讲义
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。
2020年高中物理竞赛—基础光学22双缝干涉：杨氏实验 (共13张PPT)
dr
S 2 r2
d mm
D
D m
装置1
o
xP
r1 r2 r
两光线光程差 d sin
因为两光线几乎平行 所以 角较小
d sin dtg
d sin dtg
d x D
k (k 0,1,2, ) 亮纹
(2k 1)
2
(k 0,1,2, ) 暗纹
亮纹所在的位置坐标 暗纹所在的位置坐标
x D k
d x D (2k 1)
2d
相邻两纹或相邻暗纹间距相等
均等于 Δx D
d
所以双缝干涉花样是一组等间距直条纹
讨论
(1) 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为
x D
d
一系列平行的 明暗相间条纹
(2) 已知 d , D 及Δx,可测
(3) Δx 正比 , D ; 反比 d
(4) 当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地 排列着几条彩色条纹,从中心往上看,彩色为紫到红. (x )。
2020高中物理竞赛
基础光学
双缝干涉
杨(T.Young)在1801 年首先发现光的干涉 现象，并首次测量了 光波的波长。
几种获得相干光的方法
一. 杨氏实验 （分波阵面法）
1. 实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
杨氏双缝干涉条纹的特点：
(1)、相邻条纹的间距彼此相等； (2)、以中央处的明条纹为中心成对称分布； (3)、不同单色光（即不同波长的光波）得到的条纹间距不等， 波长越短，条纹越密，波长越长，条纹越疏。
(4)、如果用白光入射，屏幕只有中央条纹是白色的，其它各级 条纹是彩色的，波长由紫到红向外展开。
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D
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两光线光程差 d sin
因为两光线几乎平行 所以 角较小
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亮纹所在的位置坐标 暗纹所在的位置坐标
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2d
相邻两纹或相邻暗纹间距相等
均等于 Δx D
d
所以双缝干涉花样是一组等间距直条纹
讨论
(1) 屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为
x D
d
一系列平行的 明暗相间条纹
(2) 已知 d , D 及Δx,可测
(3) Δx 正比 , D ; 反比 d
(4) 当用白光作为光源时，在零级白色中央条纹两边对称地 排列着几条彩色条纹,从中心往上看,彩色为紫到红. (x )。
2020高中物理竞赛
基础光学
双缝干涉
杨(T.Young)在1801 年首先发现光的干涉 现象，并首次测量了 光波的波长。
几种获得相干光的方法
一. 杨氏实验 （分波阵面法）
1. 实验现象
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
杨氏双缝干涉条纹的特点：
(1)、相邻条纹的间距彼此相等； (2)、以中央处的明条纹为中心成对称分布； (3)、不同单色光（即不同波长的光波）得到的条纹间距不等， 波长越短，条纹越密，波长越长，条纹越疏。
(4)、如果用白光入射，屏幕只有中央条纹是白色的，其它各级 条纹是彩色的，波长由紫到红向外展开。
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史(力学篇)1近代科学等(共15张PPT)
哥白尼是怎样创立“日心体系”说的呢？
• 在《天体运行论》的第一卷中，哥白 尼明确地把地球从宇宙中心位置推除 开去，把它降为普通行星的一员。他 断言，地球自身有三种运动：第一种 是“地球自西向东绕轴昼夜自转”； 第二种是“地心同地球上的一切的周 年旋转，在金星与火星轨道间的黄道 上从西向东运行”；第三种是“倾斜 面的运动”，即赤道面或自转轴相对 于日——地联线的运动。
一、哥白尼的生平与他创立的日心说 • 著名的天文学家尼古拉·哥白尼（公元
1473－1543年）于1473年2月9日生于波 兰托伦城的一个商人家庭。
一、哥白尼的生平与他创立的日心说
• 哥白尼的伟大著作《天体运行论》 • 哥白尼是这个时代的真正英雄 。 • 天文学是观察和记载天象、描述天体
运动、探索规律并预测其位置以便于 制定历法、辨明方位的一门最早的科 学。
三、文艺复兴精神的代表——列奥那多
• 意大利人列奥那多·达·芬奇（公元1452－ 1519年）
• 他蔑视教会的权利，敢于触犯教会的禁令。 教会规定人死了不允许解剖，可是达·芬奇 不管这些，弄到了许多尸体，一一进行解 剖。他认为，只有进行解剖，才能探查人 体的机器运行的奥秘。
• 力求成为“认识自然和模仿（改造）自然 的巨匠”。
2020高中物理竞赛（科普版）
有趣的物理学史
第一章 经典物理学产生 的背景
第一节 近代科学产生的摇篮 —文艺复兴运动
一、近代科学产生的社会条件
• 好象资本主义生产的发展仅仅对科学 技术提出了需要和科学研究的课题。 实际上，资本主义生产的发展不仅提 供了大量的科学发展所需要的材料， 而且也创造了制作实验仪器的物质和 技术条件。实验仪器随着生产的发展 而提高和完善，这就给科学实验带来 系统性和广泛性，并形成了实验科学。
杨氏双缝干涉实验PPT课件
解:用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成内紫外红的 对称彩色光谱。
当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光 谱就发生重叠。据前述内容有
xk红
k
D d
红
x(k 1)紫
(k
1)
D d
紫
35
例10 双缝间的距离d=0.25mm,双缝到屏幕的距离Ｄ
=50cm,用波长4000Å～7000Å的白光照射双缝，求第2级明
第 k 级明条纹处，其厚度 h 为
h
多少？
r1
r2
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 h nh) r1
当光程差为零时，对应 零条纹的位置应满足：
r2 r1 ( n 1 )h 0
所以零级明条纹下移
31
原来k级明条纹位置满足：
S1
r2 r1 k
S2
设有介质时零级明条纹移到原来
解 ｛1｝d= 1.2 mm
e D 500 5.893 104 0.25 mm
d
1.2
d=10 mm
e D 500 5.893 104 0.030 mm
d
10
｛2｝ e 0.065mm
双缝间距d为
d D 500 5.893 10 4 4.5 mm
e
0.065
34
例9 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的 彩色光谱？
不加透明薄片时，出现第3 级明纹的条件是： r2 r1 3
由以上两式可得： ( n 1)e 3
n
3 e
1
3 550109 2.58 106
1 1.58
是云母片。
30
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)
德布罗意的工作
❖ 德布罗意的工作，使光的波粒二象性得到了 进一步阐述，并推广到了一切实物粒子都具 有波粒二象性的结论。1924年11月，德布罗 意在法国索邦提交了一篇论文，该文中把一 种称之为物质的波与每一个粒子的运动联系 起来，并得出两个关系
E＝hν，P＝h/λ 其中 E是粒子的能量；ν是物质波的频率； λ 是波长； P是动量的大小。
菲涅耳的功绩
❖ 托马斯·杨和菲温耳的发现，标志着光学进 入了新的时期——弹性以太光学的时期。 牛顿的观念受到了强有力的冲击。尤其在 1849年菲索（法国人，1819一1896）利用 转动齿轮法和 1862年佛科（法国人， 1819—1868）利用旋转镜法，使得光速的 测定第一次能在实验室进行，由此证明了 波动说在解释折射时的正确性。这样波动 光学在关于光的本性的争论中，上升为统 治地位。
2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
2．杨氏双缝实验
❖ 1800年，杨在论文《在声和光方面的实 验和问题》中，提出了反对微粒理论的 新论据：①在解释由强光和弱光源所发 出的光粒子有同样的速度方面碰到的困 难，②在解释射线从一种介质进入另一 种介质时，一部分不断地被反射，而另 一部分不断地发生折射的困难。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 爱因斯坦关于光量子的假说是清 楚的。但当时曾遭到包括普朗克在 内的一些物理学家的反对。为此爱 因斯坦继续研究他的微粒说，并且 更深入地探索辐射的本性。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 1909年，爱国斯坦在萨尔茨堡的一次科学会 议上所做的学术报告里，讲了这样一段话： “不可否认的是，有关黑体辐射的很大一类 实验说明，光所具有的一些基本性质，从牛 顿的微粒论去理解要比从波动说去理解容易 得多。因此我认为，在理论物理发展的下一 阶段，将会出现关于光的理论，根据这种理 论可能被看作是波动和微粒论的一种融合 体…我们关于光的本性和光的结构的看法的 深刻改变是不可避免的”。
2020人教版高考复习物理：实验：用双缝干涉测量光的波长 (共60张PPT)
32
二、实验：用双缝干涉测量光的波长
(4)再次加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一亮(暗)条
纹的中心，记下此时手轮的读数，然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一亮(暗)条
纹中心，再次记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n.
(5)将两次手轮的读数相减，求出n个亮(暗)条纹间的距离a，利用公式Δx＝
14
解析
解析 条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最 远的是红光，A正确，B错误； 双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽间距的，故C错误； 红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错误.
15
针对训练
例3 如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到 亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为 400 nm的紫光源照射单缝，则 （ ） A.P和P1仍为亮条纹 B.P为亮条纹，P1为暗条纹 C.P为暗条纹，P1为亮条纹 D.P、P1均为暗条纹
10
解析
答案 波峰与波峰相遇，振动加强；波峰与波谷相遇，振动减弱. 答案 红光的条纹间距最宽，紫光的条纹间距最窄. 答案 屏幕离双缝越远，条纹间距越大. 答案 双缝间距越大，条纹间距越小. 答案 与光波波长、双缝到屏的距离及双缝间距离有关.
11
1.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大. 白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在 中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重 合，这样便形成了彩色干涉条纹.
二、实验：用双缝干涉测量光的波长
(4)再次加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，使分划板的中心刻线对齐某一亮(暗)条
纹的中心，记下此时手轮的读数，然后继续转动手轮使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一亮(暗)条
纹中心，再次记下此时手轮读数和移过分划板中心刻线的条纹数n.
(5)将两次手轮的读数相减，求出n个亮(暗)条纹间的距离a，利用公式Δx＝
14
解析
解析 条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最 远的是红光，A正确，B错误； 双缝干涉现象中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽间距的，故C错误； 红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两亮条纹间距将变窄，故D错误.
15
针对训练
例3 如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm 的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到 亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮条纹(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为 400 nm的紫光源照射单缝，则 （ ） A.P和P1仍为亮条纹 B.P为亮条纹，P1为暗条纹 C.P为暗条纹，P1为亮条纹 D.P、P1均为暗条纹
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解析
答案 波峰与波峰相遇，振动加强；波峰与波谷相遇，振动减弱. 答案 红光的条纹间距最宽，紫光的条纹间距最窄. 答案 屏幕离双缝越远，条纹间距越大. 答案 双缝间距越大，条纹间距越小. 答案 与光波波长、双缝到屏的距离及双缝间距离有关.
11
1.两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越大，条纹间距越大. 白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在 中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹.两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重 合，这样便形成了彩色干涉条纹.
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：折射定律(共15张PPT)
几何光学时期
❖ 从时间上来看，大约包括十七、十八两个世纪，这 是光学的转折时期。在这期间建立了光的反射定律 和折射定律，为几何光学奠定了基础。同时为了扩 大人眼的观察能力，出现了一些光学仪器。
❖ 如李普塞（荷兰人，1587－1619）所制作的第一架 望远镜的诞生、促进了天文学和航海事业的发展， 延森（1588—1632）和冯特纳（1580－1656）最 早制作了复合显微镜，为生物学的研究提供了强有 力的工具。
折射定律的建立
❖ 有两个创始人，一个是荷兰数学家斯涅耳（荷兰人， 1591－1626），斯涅耳于 1621年，从实际测量中 抽象出这一定律，这一定律的表述是在斯涅耳去世 后，于1626年在他的遣稿中找到的。
❖ 另一个是苗卡儿（法国人，1596—1650），笛卡儿 虽然倾向于光的波动说，但在解释光的折射时，又 把光看作由无数小球组成。因此，他是从光的微粒 观念中推导出折射定律的。在1637年出版的《折光 学》一书中，他第一个正式公布具有现代形式的折 射定律，把余割之比换成了正弦之比。
他研究了折射现象断定托勒密关于折射定现的结论并不正确折射定律的建立有两个创始人一个是荷兰数学家斯涅耳荷兰人15911626斯涅耳于1621年从实际测量中抽象出这一定律这一定律的表述是在斯涅耳去世后于1626年在他的遣稿中找到的
2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
第三章人类对光和光的本性的认识
萌芽时期
❖ 公元二世纪，托勒密（希腊人，公元70 －147）研究了折射现象，写了《光学》 一书，书中记载光由空气进入水中的入 射角和折射角，得出一系列数据。他认 为折射角和入射角成正比。
❖ 阿尔一哈金（阿拉伯人，公元 965－ 1038）首先发明了凸透镜，并对它进行 了实验研究，所得的结果接近于近代关 于凸透镜的理论。
波动光学中的杨氏双缝干涉实验
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。
2020高中物理竞赛(科普版)物理学史03光学：现代光学(20张PPT)
二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识，追溯其历史， 可以看出，它是由初浅到深入，由片 面到全面，从实验到理论，由现象到 本质逐步发展起来的，最后建立起光 的本性的理论。但是从科学发展的眼 光来看关于光的本性的理论并没有穷 尽，还待于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论，当时有两种不同的观点，一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛 顿为代表的微粒说。
牛顿对光本性的看法
❖ 第一：他认为光的波动说不能很好地说明光 的直线传播这一最基本的事实。
❖ 第二，波动说不能解释偏振现象。
❖ 第三：对光的波动说赖以存在的“以太”的 怀疑，他写道：“对于天空为流体媒质（除 非它们非常稀薄）所填满的那种主张，一个 最大的反对理由在于行星和彗星在天空中各 种轨道上的运动是那样地有规则和持久。
❖ 第一、在十七、十八世纪，研究机械运 动规律的学科——古典力学已经建成， 并且在解释自然现象和指导生产实践方 面卓有成效。
❖ 第二、从社会情况来看，正如恩格斯指 出的那样“这个时代的特征是一个特殊 的总观点的形成，这个总观点的中心是 自然界绝对不变这样一个见解。”
微粒说一直占着统治的地位原因
❖ 第三、牛顿建立了古典力学，在 人们头脑中，牛顿的威望比惠更 斯的威望高，所从权威提出的理 论容易被人接受。
胡克的工作
❖他写道：“在一种均匀煤质中这一 运动在各个方向上都以相等的速度 传播，于是发光体的每一脉动和振 动都必须形成一个球面，这个球面 将不断增大，如同投石入水后引起 的越来越大的环状波一样。由此可 知，在均匀媒质中扰动而成的球面 的一切部分都与射线正交” 。
胡克的工作
❖ 从胡克的记述中，我们看出已经含有波 前、波面的概念。他又把有关波面的思 想用于对光的折射现象的研究，然后又 讨论了薄膜的颜色。他在讨论薄膜的颜 色时，从强光和弱光的超前；落后来说 明光的颜色。这种想法虽然是不正确的， 但是他却接触到薄膜干涉的基本要领— 前后两面上反射光的叠加，甚至于可以 说，在这里已经包含了两束光的位相差 的初步概念。
杨氏双缝干涉实验PPT
• 2. 在透镜L与测微目镜M之间放入双缝；
狭缝S 钠灯
实验仪器与实验步骤
透镜L
测微目镜M
（分划板）
目镜视野
d
D
双缝
• 1. 狭缝S发出的光（线光源），经透镜L， 在测微目镜M的分化板上会聚；
• 2. 在透镜L与测微目镜M之间放入双缝； • 3. 测量D和∆x，计算������。（已知d）∆������源自双缝屏+3
+2
d
x
+1 0
∆������
-1
������ ������ = ������ ������
D
-2
δ
-3
������
=
������ ������ ������
=
ቊ±
±������������ 2������ + 1
������/2
干涉相长（明条纹） 干涉相消（暗条纹）
狭缝S 钠灯
实验仪器与实验步骤
杨氏双缝干涉实验
主讲人:陆肖励
实验目的
• 1. 通过观察双缝干涉现象理解干涉的原理 • 2. 掌握利用干涉法测量光波波长
历史背景
一束光照射一块屏， 屏上有两条狭缝。当这 两束光射到一个放置在 它们前进方向上的屏上 时，就会形成若干条明 暗条纹……
• 为光的波动说提供了有力证据
实验原理
线光源 （点光源）
由于条纹间隔较小， 可以测量多个条纹 间隔，然后取平均。
实验操作关键点
• 调节光路的等高共轴；
• 调节狭缝的宽度（狭缝调细）；
• 调节光的会聚。
未放双缝之前，让狭缝发出的光，经透镜会聚在测微目镜的分化板上，在测微目镜中看 到一条清晰明亮的细线。根据实际情况进行调节： ①如果亮线不清晰，调节测微目镜的前后位置，让光聚焦；②如果亮线不明亮，调节光 源和光学元件的等高共轴；③如果亮线不细，调节狭缝的宽度。
狭缝S 钠灯
实验仪器与实验步骤
透镜L
测微目镜M
（分划板）
目镜视野
d
D
双缝
• 1. 狭缝S发出的光（线光源），经透镜L， 在测微目镜M的分化板上会聚；
• 2. 在透镜L与测微目镜M之间放入双缝； • 3. 测量D和∆x，计算������。（已知d）∆������源自双缝屏+3
+2
d
x
+1 0
∆������
-1
������ ������ = ������ ������
D
-2
δ
-3
������
=
������ ������ ������
=
ቊ±
±������������ 2������ + 1
������/2
干涉相长（明条纹） 干涉相消（暗条纹）
狭缝S 钠灯
实验仪器与实验步骤
杨氏双缝干涉实验
主讲人:陆肖励
实验目的
• 1. 通过观察双缝干涉现象理解干涉的原理 • 2. 掌握利用干涉法测量光波波长
历史背景
一束光照射一块屏， 屏上有两条狭缝。当这 两束光射到一个放置在 它们前进方向上的屏上 时，就会形成若干条明 暗条纹……
• 为光的波动说提供了有力证据
实验原理
线光源 （点光源）
由于条纹间隔较小， 可以测量多个条纹 间隔，然后取平均。
实验操作关键点
• 调节光路的等高共轴；
• 调节狭缝的宽度（狭缝调细）；
• 调节光的会聚。
未放双缝之前，让狭缝发出的光，经透镜会聚在测微目镜的分化板上，在测微目镜中看 到一条清晰明亮的细线。根据实际情况进行调节： ①如果亮线不清晰，调节测微目镜的前后位置，让光聚焦；②如果亮线不明亮，调节光 源和光学元件的等高共轴；③如果亮线不细，调节狭缝的宽度。
2020年高中物理竞赛(光学)光的干涉(含真题)迈克耳逊干涉仪(共11张PPT)
I
O
x
对于谱线宽度为的单色光，干涉条纹消失的
位置满足
kc ( ) ( kc 1 )
kc ( ) ( kc 1 )
kc
与该干涉级kc对应的光程差c，就是实现最大光程差
c
kc (
)
2
2
光的单色性（即的宽度）决定了能产生清晰干涉
条纹的最大光程差
来自于原子辐射发光 的时间有限，所以波 列有一定的长度L。
2020高中物理学奥林匹克竞赛
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
12-6 迈克耳逊干涉仪
一、迈克耳逊干涉仪
光束2′和1′发生干涉 若M1、M2平行
等倾条纹
若M1、M2有小夹角 等厚条纹
若条纹为等厚条纹，M1平移d 时，干涉条移过N条，则有：
应用：
M2 M1
2
G1 G2 M1
S
1
半透半反膜 2 1
d N
2
微小位移测量
测折射率
例.在迈克耳逊干涉仪的两臂中分别引入 10 厘米长
的玻璃管 A、B ，其中一个抽成真空，另一个在充
以一个大气压空气的过程中观察到107.2 条条纹移 动，所用波长为546nm。求空气的折射率？（18联 赛模拟改编）
M1
A M2
S
B
M1
解：设空气的折射率为 n
2nl 2l 2l(n 1) S
A M2
B
相邻条纹或说条纹移动一条时，对
应光程差的变化为一个波长，当观
察到107.2 条移过时，光程差的改变
量满足：
2l(n 1) 107.2 迈克耳逊干涉仪的两臂
中便于插放待测样品，
n 107.2 1 1.0002927 由条纹的变化测量有关
2020全国物理竞赛 光学第04章 光的干涉(共98张PPT)
2、空间相干性
S'光程差： 当x<<R，d<<D时， S'的k级亮纹： S'的条纹下移：
S0光程差： S0的k级亮纹：
2、空间相干性
两个线光源S0、S′所产生的干涉图样分别以实 线和虚线表示，若x↑，S′的干涉图样相对于S0的
干涉图样向下平移，总的干涉图样的可见度降低。
若x↑xmax， S′的干涉图样的最大值恰好与S0的干
2、干涉条件：
明条纹：
l
h hk hk 1
暗条纹：
68
相邻条纹的薄膜厚度差：
相邻条纹的间距：
l
h hk hk 1
69
3、特点
(1)干涉花样为平行于棱边的等距离的直条纹，空气劈尖 或同种介质中劈尖，棱边处为零级暗条纹。 (2)当上玻璃片向上移动λ/2n2,条纹向劈尖处移动一条。 (3)λ一定的入射光，条纹间距与n2成反比，与θ成反比 (4) 给定的劈尖（n2 、θ一定），白光照射，上表面出现薄 膜色，条纹间距与λ成正比。 (5) 不考虑每块玻璃片上下表面反射光的干涉。
涉图样的最小值重合，干涉条纹的可见度降为零。
若x>xmax， 无干涉条纹 光源的临界宽度：
2、空间相干性
光源的宽度一定时，当两狭缝的间距大于 一临界间距时，无干涉条纹。
相干间距： 相干面积：
b
θ
d
R
相干孔径角：
3、时间相干性
★ 概念
由于波长范围内的每一波长的光均形成各自一 组干涉条纹，而且各组条纹除零级以外，其它各级 条纹互相间均有一定位移，所以各组条纹叠加的结 果会使条纹的可见度下降。
2020高中物理竞赛
第四章
光的干涉
杨氏双缝干涉实验ppt课件
MO虚线上方取“＋”下方
取“－”，所以k有正负
之分
5
S1 So
x
P2
k=2
P1
k=1 x
O
k=0
S2
k= 0, x 0
k=-1
k=-2
H
中央明条纹或零级明纹
D
k=±1,
x 1
d
一级明条纹
D
k=±2,
x 2 2
d
二级明条纹
明条纹之间间距
x D
d
6
（2）暗纹条件
当
（1）当平行光垂直照射双缝时，屏幕中央（x=0） 为明条纹，向两侧分布明暗相间的条纹；
x明
k
D
d
D x暗 (2k 1) 2d
（2）条纹间距相等； x=Dd
（3） 复色光入射时，零级明纹仍为白色，但是 x≠0时明条纹有色散，内侧紫，外侧红；
（4）可利用x、D和 d 求得光波长 。
2
双缝实验构思的精巧之处在于
利用了“从同一列波的同一个波阵面上取出的两个次波源 之间总是相干的”这一原理
1. 装置
分波阵面法
S
单色 单缝屏 光源
S1 S2
双缝 屏
接收屏
3
2.干涉明暗条纹位置的推导：
r1
S1
S1
dM
r2
s2
s2
D
P点的明暗决定于S1 S 2到P点 的相位差：
k
明纹
r r {
2 1 (2k 1)
暗纹
2
P
x O
E
2(r2 r1 )
4
r2 r1 dsin
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麦克斯韦的工作
❖ 麦克斯韦在1864—1865年间，曾发表了 题为“电磁场的动力理论”的论文。这 篇文章的第五部分“光的电磁学说”。 在这部分里，他从基本方程组导出了波 动力方程，并证明电磁波是一横波，求 得电磁波的传播速度在空气中等于电量 的电磁单位与静电单位之比，即等于空 气或真空中的光速。
麦克斯韦的工作
德布罗意的工作
❖ 德布罗意的工作，使光的波粒二象性得到了 进一步阐述，并推广到了一切实物粒子都具 有波粒二象性的结论。1924年11月，德布罗 意在法国索邦提交了一篇论文，该文中把一 种称之为物质的波与每一个粒子的运动联系 起来，并得出两个关系
E＝hν，P＝h/λ 其中 E是粒子的能量；ν是物质波的频率； λ 是波长； P是动量的大小。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 爱因斯坦关于光量子的假说是清 楚的。但当时曾遭到包括普朗克在 内的一些物理学家的反对。为此爱 因斯坦继续研究他的微粒说，并且 更深入地探索辐射的本性。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 1909年，爱国斯坦在萨尔茨堡的一次科学会 议上所做的学术报告里，讲了这样一段话： “不可否认的是，有关黑体辐射的很大一类 实验说明，光所具有的一些基本性质，从牛 顿的微粒论去理解要比从波动说去理解容易 得多。因此我认为，在理论物理发展的下一 阶段，将会出现关于光的理论，根据这种理 论可能被看作是波动和微粒论的一种融合 体…我们关于光的本性和光的结构的看法的 深刻改变是不可避免的”。
2．杨氏双缝实验
❖ 在1801年，发表于《哲学会报》上 的论文中，解释了干涉现象。
❖关于杨氏的干涉实验和原理，后来 被记载在1807年出版的他的基础性 论著《自然哲学讲义》中，书中描 述了双缝干涉的基本实验，而缝的 图象是产生干涉和计算的基础。
菲涅耳的功绩
❖菲涅耳的功绩是他对衍射问题的研 究，他提出了把波阵面分解为波带 的近似计算方法，并用于研究屏幕 边缘和圆孔的衍射，计算和实验符 合得很好。还详细地研究了互不相 干的垂直振动的迭加问题，在引入 椭圆偏振和圆偏振的概念后，说明 了偏振面的转动现象。
❖ 首次提出干涉这个术语。
2．杨氏双缝实验
❖ 杨在1801年的报告中，已经形成波动 光学的基本原理，他提出了比惠更斯进 一步的四条假设和八条命题。从这些条 款中，推导出光的传播速度和以太的弹 性和密度有关；也解决了惠更斯所没有 解决的问题——波为什么不向后面传播； 用命题解释了牛顿环。
❖ 并测定了光波的波长和波数，因此，波 动光学的基本概念——波长，也是杨首 次提出的。
❖由此得出结论：“这一速度与光速 如此接近，看来我们有强烈的理由 断定，光本身乃是从波的形式在磁 场中按电磁规律传播的一种电磁振 动。”以上理论大约在二十年之后， 由赫兹用实验证明。
3．爱因斯坦对光的本性的研究
❖ 爱因斯坦为了解释光电效应，于1905年提出了光量子 假说，得出光电效应方程 。
❖ 十年以后由起初完全不相信爱因斯坦理论的密立根 （美国人，1868－1953）用实验加以证明。密立根 在1949年为纪念爱因斯坦七十诞辰而发表的一篇文章 中说道．“在我的一生中，花费了十年时间来检验 1905年的爱因斯坦方程。同我原来的全部期望相反， 1915年我迫于事实，宣布了对这个方程的毫不含糊的 实验验证，尽管它不合常理，因为它似乎违背了我们 所知道的有关光的干涉的全部事实”。
人类对光的本性的认识
❖人类对光本性的认识是否已经达到 了终点呢？根据科学发展的规律和 目前的状况看，答案是清楚的。至 少是有些问题还没有彻底解决。例 如：光量子还能再分吗，光子还有 没有内部结构？光子真的没有静止 质量吗？这些问题都有待于进一步 的探索。
谢谢观看！
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2020高中物理竞 赛（科普版）
有趣的物理学史
2．杨氏双缝实验
❖ 1800年，杨在论文《在声和光方面的实 验和问题》中，提出了反对微粒理论的 新论据：①在解释由强光和弱光源所发 出的光粒子有同样的速度方面碰到的困 难，②在解释射线从一种介质进入另一 种介质时，一部分不断地被反射，而另 一部分不断地发生折射的困难。
菲涅耳的功绩
❖ 托马斯·杨和菲温耳的发现，标志着光学进 入了新的时期——弹性以太光学的时期。 牛顿的观念受到了强有力的冲击。尤其在 1849年菲索（法国人，1819一1896）利用 转动齿轮法和 1862年佛科（法国人， 1819—1868）利用旋转镜法，使得光速的 测定第一次能在实验室进行，由此证明了 波动说在解释折射时的正确性。这样波动 光学在关于光的本性的争论中，上升为统 治地位。