最新杨氏双缝干涉实验讲义
光的干涉 和杨氏双缝干涉实验.完整版ppt资料
三、实验步骤 ：1、把直径约为10cm，长约为1m的遮光筒水平放在光具座上， 筒的一端装有双缝，另一端装有毛玻璃屏； 2、取下双缝，翻开光源，调节光源的高度，使它发出的一束光 能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；
3、放好单缝和双缝，单缝和双缝间的距离约为5—10cm,使缝相 互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时在屏上就会看到 白光的双缝干预图样；
S2
例题1:在双缝干预实验中，以白光为光源，在屏上观
察到彩色干预条纹，假设在双缝中的一缝前放一红色滤
光用只能透过红光〕，另一缝前放一绿色滤光片〔只能
两次读数之差就表示这两条纹间的距离。
透过绿光〕，这时 C( 第四节 实验：双缝干预测光的波长
〔 n=0，1，2，3…〕
)
n2、=1观：察1级白A亮光条及、纹单色只光的有双缝干红预图色样。和绿色的干预条纹，其它颜色的双缝干
相邻明条纹间距： Δx=xn-xn-1= NLλ/d-(N-1) Lλ/d= Lλ/d ； 相邻暗条纹间距： Δx=xn-xn-1= L〔2N+1/2〕λ/d- L〔2N-1/2〕λ/d= Lλ/d
实验：用双缝干预测量光的波长
一、实验目的 ：
二、实验原理 ：
1、了解光波产生稳定干预现象的条件。 2、观察白光及单色光的双缝干预图样。 3、测定单色光的波长。
X = L d
2 在单色光的双缝干预实验中 〔 BC〕 A.两列光波波谷和波谷重叠处出现暗条纹 B.两列光波波峰和波峰重叠处出现亮条纹 C.从两个狭缝到达屏上的路程差是波长的整数倍时,出 现亮条纹
D.从两个狭缝到达屏上的路程差是波长的奇数倍时,出 现暗条纹
第四节 实验：双缝干预测光的波长
像屏
单
Δr= d x L
杨氏双缝干涉实验全版.ppt
解 白光经蓝绿色滤光片后，只有蓝绿光。
波长范围21 100 nm
平均波长 1 2 490nm
2
1 440 nm 2 540 nm
2 1 100 2 1 980
条纹开始重叠时有 k2 ( k 1)1
k 1 1
0
2 1
k=4,从第五级开始无法分.辨.。...
例7 单色光照射到相距为0.2mm的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m。 求（1）从第一条明纹到同侧旁第四明纹间的距离为7.5mm，求单色光的波长；
（2）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹的距离。
解（1）根据双缝干涉明纹分布条件： x k D
d
明纹间距：
x1、4
x4
x1
D
d
(k4
k1)
k 0，1，2，
得： dx1、4
D(k4 k1)
将 d=0.2mm，x1，4 =7.5mm，D =1000mm 代入
上式
0.2 7.5
5104 mm 500nm
1、 杨氏双缝干涉实验装置
光程差
2a
x D
k
干涉加强
2、干涉条纹
明纹公式 x k D
2a
暗纹公式 x (2k 1) D
..。..
4a
k 0,1,2,
3 干涉条纹形状及间距
明纹条件 暗纹条件
x k D
x
2a (2k 1)
D
4a
k 0,1,2,
相邻两条明纹或暗纹的距离：
x
观察屏 暗纹 +2级 +1级 0级亮纹
1000 (4 1)
（2）由
x D
d
x D 1000 6104 3.0mm
《大学物理实验课件：双缝干涉与杨氏实验》
Use a ruler or caliper to measure the distances involved in the experiment.
Take photos of the interference pattern to aid in data analysis and presentation.
Understand the concept of path difference and its effect on interference fringes.Leabharlann 3 Interference
Equation
Derive the equation for calculating the position of interference fringes.
Wavefront Engineering
Learn how double slit interference is used in various applications, such as wavefront engineering for optics.
Optical Interferometry
Experimental Setup
Understand the components and arrangement required to observe double slit interference.
Observing Interference
Discover how the pattern of bright and dark fringes is formed on a screen.
distance to optimize the
interference pattern.
§12-2 杨氏双缝干涉
明纹： k (整数级)
暗纹：(2k-1)/2(半整数级) 5
观察屏
x
（4）相邻两明纹或相邻两暗纹间的距离：
亮纹位置:
xk
D d
k
xk 1
D d
(k
1)
暗纹 +2级
+1级
0级亮纹 -1级 -2级
相邻亮纹间距:
x
xk 1
xk
D d
相邻两明纹中心或相邻两暗纹中心间的距离：
x
D d
.........(12.11)
x
k1
D d
1
2.
1 0.4 103
600 109
m
3103 m
3mm
双缝到重合处的波程差为
k11 k22 1.2 106 m
11
• 作业：
• 1、阅读：P97—P101 。 • 2、ex： • 习题：P162 • 12-7）
12
12-7）(1)由.2 103
x D k D ......1( 2 9) k 0,1,2,.....
d
d
2）暗纹中心的位置：
x D (2k 1) D ......1( 2 10) k 1,2,3,.....
d
d2
3）k=0时,x 0即在屏中央出现明纹—称为零级
明纹。
如D、不变，而d减小，某级条纹的位置如何
变化？
半波损失，实际上是入射光在界面的位相与反射
光在界面的位相有π的位相差，折合成波程差，就好
象反射波少走（或多走）了半个波长，即 的位相差
折算成波程差为2。
8
例12.1,P142): 用单色光照射相距0.4 mm的双缝，缝 屏间距为1 m. (1)从第1级明纹到同侧第5级明纹的距离为6 mm， 求此单色光的波长；
第十章 第一讲 相干光 杨氏双缝干涉
mm, 现要能用肉眼观察干涉条纹, 双缝的最大间距是多少？
解: (1) 相邻两明纹的间距公式为 D x = ① d d=2mm时, x =0.295mm
d=10mm时,
x =0.059mm
(2) 如果仅能分辨x =0.15mm, 则由①知:此时双缝间距为 D d = 4mm x 双缝间距大于4mm,肉眼无法分辨.
L2
注意: 各波列的 E , 可能各不相同
E3
结论: 同一原子先后发出的光及同一
时刻不同原子发出的光的频率 、振 动方向、初相、发光的时间均是随机 的. 各光波列互不相干！
3
E2 E1
一、普通光源的发光机制和特点 1．普通光源 ——由原子自发辐射发出光. 各光波列互不相干！
各光波列相干！ 2．激光光源 ——由受激辐射产生光.（§ 13-10） 二、相干光的获得
d
r2
x
O
d tan S2 D x = d (D ～ 1m .d～1mm) 很小 d << D x << D D x k k 0,1,2, 干涉加强 出现明纹 d D (2k 1) k 0 , 1 , 2 , 干涉减弱 出现暗纹 2
条纹位置:
观察、实验： 光的直线传播、反射和折射, 形成了“光线”的概念
发明： 透镜、凹面镜、望远镜.
二)．几何光学时期 (11~18世纪末) 实验： 建立了反射和折射定律.
发现： 光的“色散”现象、红外线、紫外线.
理论： 开始思考光的本性是什么？ (1) 牛顿的机械微粒说： 光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒流. (2)惠更斯的机械波动说： 光是在特殊媒质“以太”中传播的机械波.
2 1
波动光学第1讲——光的干涉 杨氏双缝干涉.ppt
三. 光的相干性
光的干涉现象：
当两列相干光相遇时,在相遇空间出现明暗稳定 分布的现象
1、原子的发光机理
E
0
E 3
1.5eV
E 2
3.4eV
E 1
13.6eV
波列
E
E 3
波列长L =
E
c (E E )/h
2
2
1
E
1
● ●
●
●
0 1.5eV 3.4eV
d
(n 1)d 3.5
S1
r1
d 3.5
n 1
a
S2
r2 D
o
3.5 632 .8 10 9 1.4 1
5.5 10 -6 m
作 业 题：习题16.12、16.14、16.15； 预习内容：§16.4-16.5 复习内容： 本讲
2、相干光的获得
利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由 光源同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分
叠加起来。
分波阵面法
在同一波面上两固定点光源，发出的光 产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验（图1）
分振幅法
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振 幅法。如薄膜干涉（图2）。
讨论
以中央明条纹为中心、两侧对称分布的、 平行等距的明暗相间的直条纹
三．菲涅耳双棱镜干涉
P
S： 线光源 B： 障碍物
B
P： 屏
S
:M1、M2：平面镜
A： 镜交线 镜面夹角
S1M21
S2
A M2
O
r : S与A距离
杨氏双缝干涉
一、杨氏双缝干预 二、其他分波阵面的干预
一、杨氏双缝干预
杨(T.Young)在1801年首先 发觉光的干预现象，并首次测 量了光波的波长。
杨氏双缝实验——第一个判 定光性质的关键性实验。
依据实验 观察的水波图 样，托马·杨 亲手绘制的双 缝干预现象。
§4.2 分波阵面干预
一、杨氏双缝干预
〔1〕假设A、B 两室内均为纯洁空气，O处为零级条纹。
〔2〕假设A室充满甲烷体积比为x 的井下气样：
n n x n0 (1 x)
纯甲烷气的折射率
纯洁空气的折射率
xk λ
(n n0 )L
一、杨氏双缝干预
§4.2 分波阵面干预
例：蓝绿光为杨氏干预实验的光源，波长范围
=100nm，中心波长 =490nm，估算第几级开始
x d
D (2k 1) λ —暗纹中心
d
2
二、其他分波阵面的干预
2、菲涅耳双面镜实验
s
M1
L
s1
d
s2
C
M2
D
方法：等效双缝〔略〕
§4.2 分波阵面干预
二、其他分波阵面的干预
3、洛埃镜实验
P’
§4.2 分波阵面干预
P
S●
d
s2
M
D
方法：等效双缝〔略〕
思考：在镜面最右端处是明纹还是暗纹？
小结
条纹变得无法识别？
解：
长波长：
1
2
，短波长： 1
2
长波长的k级亮条纹和短波长的k+1级亮条纹重合。
k长 (k 1)短
代入数值，解得：k 4.4
也就是说从第五级开始条纹变得不可分辩。
§11.2 杨氏双缝干涉
r2 r1 d x D
S1
d
x
r1
p
r2
o
x o
S2
D
2k
2
明纹
2
( 2k 1)
暗纹
作者：杨茂田 Chapter 11. 光的干涉与衍射
§11. 2 杨氏双缝干涉
S2
作者：杨茂田 Chapter 11. 光的干涉与衍射
§11. 2 杨氏双缝干涉
一、观测屏上的光强分布
p点光振动方程：
p
E1p A10 cos ( t E2p A20 cos ( t
2
2
r1 )
S1
r1 r2
x o
d
r2 )
S2
D
Ep Ap cos( t )
2 ( r2 r1 ) 2
( δ 为光程差 ) 干涉加强 干涉减弱 明纹 暗纹
2k
2
I p I pmax
( 2k 1)
2
I p I pmin
作者：杨茂田 Chapter 11. 光的干涉与衍射
§11. 2 杨氏双缝干涉
观测屏上光强分布曲线：
2 2 2
2
( r2 r1 )
作者：杨茂田 Chapter 11. 光的干涉与衍射
§11. 2 杨氏双缝干涉
2
光强：Ip
Ap ,
2
I1 A10 ,
2
I 2 A20
杨氏双缝干涉实验(课堂PPT)
1
2
一、 杨氏双缝干涉
1、 杨氏双缝干涉实验装置
双缝
s
s1
2ao
s2
2a
r1 r2
D
D 2a
D
红光入射
观察屏
Bp
x
o
白光入射
x
3
2、干涉条纹
r2 r1 r
s 2asin
D 2a
s1
2a
o
r1
r2
p
x
o
sin tan x / D
2a tan 2a x
s 2 r
D
D
2a x k
D
干涉加强
x k D
2a
明纹中心
k 0,1,2,
x0 0 中央明纹
x1
D
2a
一级明纹
D
x2 a
二级明纹┄┄
2a
x D
(2k
1)
2Leabharlann 干涉减弱 x (2k 1) D
4a
暗纹中心 k 0,1,2,
x1
D
4a
一级暗纹
x2
3D
4a
二级暗纹 ┄┄
4
一、杨氏双缝干涉
1、 杨氏双缝干涉实验装置
光程差
2a
x D
k
干涉加强
2、干涉条纹
明纹公式 x k D
2a
暗纹公式 x (2k 1) D
4a
k 0,1,2,
5
3 干涉条纹形状及间距
明纹条件 暗纹条件
x k D
x
2a (2k 1)
D
4a
k 0,1,2,
相邻两条明纹或暗纹的距离：
27,28-第1章-杨氏双缝干涉实验
n1
n n ( :光在折射率为n的介质中的波长) r2 r1 r2 r1 n r n r 2 2 1 1 n1 n 2 / n2 / n1
所以两列波的干涉条件为
n2 r2 n1r1 k
n2 r2 n1r1 2k 1 / 2
1886-1888年 赫兹 用实验证实了电磁波的存在
/ nm
电磁波谱
/m
/ Hz
/ Hz
可见光的波长范围： 400 nm～ 760 nm
1-2 光的相干性
波动光学： 以光的波动特性为基础，研究 光的传播及其规律的学科.
1．普通光源的发光机制 (1) 原子模型
处在激发态的电子
处在基态的电子
(2)普通光源发光的两个特点
k 1,2,3,
光程：光在介质中传播的几何路程 r 与该介质折射率 n 的乘积 nr .
若光在传播过程中通过多种介质, 则光程为
l A ni xi
B
(2) 为何引入光程? 设光在折射率为 n 的介质中传播 的几何路程为 r 单位长度包含的完整波个数:
n
r
n n n
k 0,1,2,
x1, 4
D x 4 x1 k 4 k1 d
d x1, 4 0.2 103 7.5 10 3 m 5 107 m 500nm D k4 k1 1 4 1
D 1 6 10 3 x m 3 10 m 3 mm 3 d 0.2 10
相干光：能够满足干涉条件的光。
相干光源：能产生相干光的光源。
2．杨氏双缝干涉实验
P
r1
激光光源是相干光源
(1)干涉条件的相位表示式 两列光波的波动方程分别为： r S S11 :→P: y1 A1 cos[ (tt 11] ) u 2π r1 A1 cos( t 1 ) S2→P: y2 A2 cos( t 2
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 +≈。
杨氏双缝干涉
第三章
波动光学
从光学历史发展及研究内容，光学划分为 几何光学：以光的直线传播规律为基础研究 反射、折射、散射 及研究各种光学仪器的理论。 波动光学:研究光的电磁性质和传播规律 特别是光的干涉、衍射及偏振的规律。 量子光学：以光的粒子性及近代量子理论 为基础研究光与物质相互作用 的规律。
S2 S1C ，S1 P CP
二. 强度分布规律
r2 r1
E
S1
● ●
P
通常情况下，
S
d M
S2
x o
C
D
D＞＞ d， θ 很小
S2 S1C ，S1 P CP
r2 r1 S C d sin dtg
2
d x D
x tg D
实验装置放 入水中后条纹间距变小。
（3）当白光照射时，现象如何？ 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
D k 红 d
D ( k 1) 紫 d
x( k 1) 紫
k 27 k 22
思考题：p202 22.1，22.6 作业题：p203 22.4，22.7
D （1） 两相邻明纹（或暗纹）间距 x d 若D、d 已定，只有，条纹间距 x 变宽。
若已定，只有D↑、d↓（仍然满足d>> )，
条纹间距
8.3杨氏双缝干涉000
入射波 n1
反射波
n2
透射波
上页
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例1 双缝干涉实验中，用钠光灯作单色光源，其波长为 589.3 nm，屏与双缝的距离 D=600 mm
求 (1) d =1.0 mm 和 d =10 mm，两种情况相邻明条纹 间距分别为多大？(2) 若相邻条纹的最小分辨距离 为 0.065 mm，能分清干涉条纹的双缝间距 d 最大 是多少？
解 (1) 明纹间距分别为
x D 600 5.893104 0.35mm
d
1.0
x D 600 5.893104 0.035mm
d
10
(2) 双缝间距 d 为
d D 600 5.893104 5.4mm
x
0.065
上页
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例2 用白光作光源观察杨氏双缝干涉。设缝间距为d ，
缝面与屏距离为 D。
(2k 1) ,
2
x( 2k 1)
(2k 1) D 2d
条纹间距：x D
d
由上式可以看出
①. △x与缝间距d成反比；
②. 白光入射时：
颜色的次序
上页
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x
二. 洛埃镜实验
S•
•O
O
S •
xd
D2
接触处, 屏上O 点出现暗条纹
半波损失
n1 n2 有半波损失 n1 n2 无半波损失
§8.3 杨氏双缝干涉
一.杨氏双缝干涉
实位置 明条纹位置 明条纹位置
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理论分析
单色光入射
r1 P ·x
r2
x
d
0
D
d >> ，D >> d （d 10 -4m， D m）
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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、
2
次数 △x (mm) d (mm) l (mm)
(nm)
1 2
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。
3、测得钠光波长平均值：λ¯=
钠黄光波长公认值（或称标准值）：589.44nm
3、绝对误差△λ=｜589.44-λ¯｜=
4、相对误差=(△λ/589.44)×100%=
六、注意事项
1、单缝、双缝、必须平行，且单缝在双缝的中线上。
2、单缝的宽度要恰当。
3、测微目镜测量时，不能回转，防止回转误差。
七、思考题
1、若狭缝宽度变宽，条纹如何变化？
2、若双缝与屏幕间距变小，条纹如何变化？
3、在做实验时，若按要求安装好实验装置后，在光屏上却观察不到干涉图样，可能的原因是什么？。