楊氏雙縫實驗

實驗六楊氏雙縫實驗一、實驗目的觀察楊氏雙縫干涉現(xiàn)象，認識光的干涉。了解光的干涉產(chǎn)生的條件，相干光源的概念。二、實驗原理圖6-1圖6-1楊氏雙縫干涉條紋計算用圖（一）楊氏雙縫實驗由光源發(fā)出的光照射在單縫S上，使單縫S成為實施本實驗的縫光源。在單縫S前面放置兩個相距很近的狹縫S］和S2,且S1和S2與S之間的距離均相等。S1和S2是由同一光源S形成的，滿足振動方向相同、頻率相同、相位差恒定的相干條件。故S1和S2為相干光源。當S1和S2發(fā)出的光在空間相遇，將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，在屏幕P上將出現(xiàn)明、暗交替的干涉條紋。分波陣面獲得相干光，滿足振動方向相同，相位差恒定，頻率相同的干涉條件。干涉明暗條紋的位置點處的波程差，A8=廣2-［，（空氣的折射率n=1）在D>>d,D>>x，即。很小時，8=r-r?dsin0?dtan0=普(其中tan0=蕓)（1）雙縫干涉的明暗紋條紋8=邕」MD l±8=邕」MD l±(2k+1)入暗紋k=0,1,2, 干涉相消干涉明暗紋的位置明紋x=±k —，k=0,1,2,...d暗紋x=±(2k+1)—，k=0,1,2,...2d

兩相鄰明紋或暗紋的間距都是Ax=Dd其它x點的亮度介于明紋和暗紋之間，逐漸變化綜上所述，楊氏雙縫干涉的特點：（1） 用分振幅法獲得相干光，兩束光初相位相同，均無半波損失；，波長越小，光強分別為（2） 干涉明暗紋是等間距分布，相鄰明紋間的距離與入射光的波長成正比條紋間距越?。?，波長越小，光強分別為（3） 若用白光照射，則在中央明紋（白光）的兩側(cè)將出現(xiàn)彩色條紋。（二）楊氏雙縫干涉的光強分布狹縫近和S2發(fā)出的光波單獨到達屏上任一點B處的振幅分別為A]和42，A和I2,則根據(jù)疊加原理，兩光波疊加后的振幅為：4=A2+42+244cos（中-中）兩光波疊加后的光強為：I=I+1+2、：IIcos聊-9）1 2 12 2 18其中：9-9=2兀頑。2 1人圖6-2圖6-2楊氏雙縫干涉光強分布當4]當4]=42=40，貝〃廣匕二"，兩光波疊加后的光強為土kk 明紋k=0,1,2,...光強I=4I+（2k+1）k 暗紋k=0,1,2,..?光強I=008=1（三）縫寬對干涉條紋的影響空間相干性

在雙縫干涉實驗中，如果逐漸增加光源狹縫S的寬度，則屏幕P上的條紋和會變得逐漸模糊起來，最后干涉條紋完全消失。這是因為單縫S內(nèi)所包含的各小部分S，、S〃等非相干波源；它們互不相干，且S，發(fā)出的光與S〃發(fā)出的光通過雙縫到達點B的波程差并不相等，即S，、S〃發(fā)出的光將各自滿足不同的干涉條件。比如，當S，發(fā)出的光經(jīng)過雙縫后恰在點B形成干涉極大的光強時，S〃發(fā)出的光可能在點B形成干涉較小的光強。由于S，、S〃是非相干光源，它們在點B形成的合光強只是上述結(jié)果的簡單相加，即非相干疊加。所以，縫S愈寬，所包含的非相干子波源愈多，合光強的分布就愈偏離圖17-的樣式，結(jié)果是最暗的光強不為零，使最亮和最暗的差別縮小，從而造成干涉條紋的模糊甚至消失。只有當光源S的線度較小時，才能獲得較清晰的干涉條紋，這一特性稱為光場的空間相干性。強調(diào)：空間相干性是指光源不同位置發(fā)出的光在屏幕上形成的干涉條紋是非相干疊加，是光源不同點的波列相遇在空間同一點;而時間相干性是指光源同一點發(fā)出的不同時刻波列相遇在空間同一點，不能相干。三、主要儀器及耗材1：鈉燈（加圓孔光闌）9三、主要儀器及耗材1：鈉燈（加圓孔光闌）9：延伸架（SZ-09）2：透鏡L1(f=50mm)10：測微目鏡架3：二維架3：二維架（SZ-07）4：可調(diào)狹縫S（SZ-27）5：透鏡架（SZ-08，加光闌）11：測微目鏡M12：二維平移底座（SZ-02）13：二維平移底座（SZ-02）6：透鏡6：透鏡L2(f=150mm)14：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）7：雙棱鏡調(diào)節(jié)架7：雙棱鏡調(diào)節(jié)架（SZ-41）8：雙縫D15：二維平移底座（SZ-02）16：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）四、實驗內(nèi)容和步驟1、 使鈉光通過透鏡L1會聚到狹縫S上，用透鏡L2將S成像于測微目鏡分劃板M上，然后將雙縫D置于L2近旁。在調(diào)節(jié)好S，D和M的mm刻線的平行，并適當調(diào)窄S之后，目鏡視場出現(xiàn)便于觀測的楊氏條紋。2、 用測微目鏡測量干涉條紋的間距公，用米尺測量雙縫至目鏡焦面的距離l，用顯微AIXAx——鏡測量雙縫的間距d,根據(jù)d計算鈉黃光的波長入。

1 2 3 4 5 67 8 9 10 111 2 3 4 5 67 8 9 10 11圖6-4五、數(shù)據(jù)處理與分析五、1、 分析實驗結(jié)果，討論誤差形成原因；2、 自擬表格記錄實驗數(shù)據(jù)。六、實驗注意事項六、1、 先后改變雙棱鏡和目鏡的位置，分別觀察干涉條紋的變化并作定性解釋。2、 仔細觀察雙棱鏡干涉場，是否受到衍射的影響，如何解釋