光的干涉和楊氏雙縫干涉實驗.ppt

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光的干涉,英國醫(yī)生和物理學家。對物理學的貢獻，除了提出“能”的概念（1807年）和楊氏彈性系數(shù)之外，最大的成就就是1801提出光的干涉理論。,科學簡史,二、楊氏雙縫實驗,楊氏雙縫干涉,像屏,雙縫屏,將同一光源發(fā)出的光(頻率相同)通過一個狹縫（振動方向一致）再通過一與單縫平行的雙縫（相干光源）,光的干涉,,雙縫干涉,,,激光束,雙縫,屏,屏上看到明暗相間的條紋,結(jié)論:光是一種波,,,,,,,,,,,,亮條紋,亮條紋,探究2： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件,S1,S2,,亮條紋,出現(xiàn)亮條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,,,,,,,,,,,暗條紋,探究2： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件,S1,S2,,亮條紋,暗條紋,出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,（ n=0，1，2，3…）,,n=0：0級亮條紋 （中央亮條紋） n=1：1級亮條紋 n=2：2級亮條紋,n=0：1級暗條紋 n=1：2級暗條紋 n=2：3級暗條紋,,,單色激光束,屏,等間距,雙縫干涉圖樣,圖樣有何特征？,S1,S2,亮條紋的中心線,亮條紋的中心線,雙縫,,中央亮條紋,明暗相間,光的干涉,,雙縫干涉,1、兩個獨立的光源發(fā)出的光不是相干光，雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變?yōu)閮墒喔晒?，在光屏上形成穩(wěn)定的干涉條紋．,2、在雙縫干涉實驗中，光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的偶數(shù)倍時，該點出現(xiàn)亮條紋；光屏上某點到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時，該點出現(xiàn)暗條紋．,例題1:在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光用只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時 ( ) A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失． B、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條紋仍然存在． C、任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光． D、屏上無任何亮光．,C,白光,＋,,（2）白光干涉圖樣分析,紅光,藍光,亮暗相間彩色條紋,……,……,2 在單色光的雙縫干涉實驗中 （ ） A.兩列光波波谷和波谷重疊處出現(xiàn)暗條紋 B.兩列光波波峰和波峰重疊處出現(xiàn)亮條紋 C.從兩個狹縫到達屏上的路程差是波長的整數(shù)倍時,出現(xiàn)亮條紋 D.從兩個狹縫到達屏上的路程差是波長的奇數(shù)倍時,出現(xiàn)暗條紋,BC,第四節(jié) 實驗：雙縫干涉測光的波長,單色光,（1）方法一：,兩縫之間距離為d，光屛距光源的距離為L,楊氏雙縫干涉的理論解釋：,一、光的干涉,P1到兩光源之間的光程差： Δr= P1S2 - P1S1= S2D,因為 L》d， 可以認為SD⊥P1S2 ， Δr =dsin∠S2S1D d非常小，光屛上有光線到達，并具有一定亮度的區(qū)域到中心P的距離較近，所以，x≈x/ = P1P=Ltan∠P1S2D/ ≈Lsin∠S2S1D Δr=,若為明條紋， Δr= kλ (k=0、1、2…….） 即：,若為暗條紋， Δr= （2k-1)λ/2 (k=1、2…….） 即：,（2）方法二：,令P1P=χ (P1S2)2=L2+(x+d/2)2 (P1S1)2=L2+(x-d/2)2 (P1S2)2-(P1S1)2= (P1S2-P1S1)(P1S2+P1S1)=2χd 由于χ很小，L》d，所以P1S2+P1S1≈2L。 Δr=P1S2-P1S1=2χd/2L=χd/L，χ=LΔr/d 明條紋: Δr=Nλ (N=1、2、……)， χ=NLλ/d； 暗條紋：Δr= （2N+1/2）λ （N=1、2、……） χ=L（2N+1/2）λ/d,相鄰明條紋間距： Δx=xn-xn-1= NLλ/d-(N-1) Lλ/d= Lλ/d ；,相鄰暗條紋間距：,Δx=xn-xn-1= L（2N+1/2）λ/d- L（2N-1/2）λ/d= Lλ/d,一、實驗目的：,實驗：用雙縫干涉測量光的波長,1、了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件。 2、觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。 3、測定單色光的波長。,二、實驗原理：,光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片成為單色光。單色光通過單縫后，相當于線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。干涉條紋可以從屏上觀察到。 根據(jù)公式λ=dΔx/L可計算波長， 其中d是雙縫間的距離，雙縫到屏的距離L可以用米尺測量，相鄰兩條亮（暗）紋間的距離Δx用測量頭測出（如圖所示）,1、測量頭由分劃板、目鏡、 手輪等構(gòu)成。轉(zhuǎn)動手輪， 分劃板會左右移動。 2、測量時，應使分劃板中心刻線對齊條紋的中心見圖所示計下此時手輪上的讀數(shù)。轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對齊另一條紋的中心，計下此時手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差就表示這兩條紋間的距離。 3、 測出n條亮（暗）紋間的距離a，就可以求出相鄰兩條亮（暗）紋間的距離Δx=a/(n-1)。換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間的距離有什么變化，求出相應的波長。,三、實驗步驟：,1、把直徑約為10cm，長約為1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏；,2、取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮；,3、放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間的距離約為5—10cm,使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時在屏上就會看到白光的雙縫干涉圖樣；,4、在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣,5、分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化,6、已知雙縫間的距離d，測出雙縫到屏的距離L，用測量頭測出相鄰兩條亮（或暗）紋間的距離△x，由λ=d △x/L，計算單色光的波長，為了減小誤差，可測出n條亮紋（或暗紋）間的距離a，則△x=a/(n-1),7、換用不同的顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應色光的波長。,測定單色光的波長，其誤差主要由測量引起，條紋間距Δx測不準，或雙縫到屏的距離測不準都會引起誤差，其誤差屬于偶然誤差，可采用多次測量取平均值法來進一步減小。,四、誤差分析：,五、注意事項：,1、單縫、雙縫應相互平行，其中心大致位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫的距離應相等。 2、測雙縫到屏的距離L可用米尺測多次取平均值。 3、測條紋間距Δx時，用測量頭測出幾條亮（暗）紋間的距離a，求出相鄰的兩條明（暗）紋間的距離Δx=a/(n-1)。,練習3、利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時，有下面幾種說法，其中正確的是 [ ] A、將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄 B、將濾光片由藍色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬 C、將單縫向雙縫移動一小段距離后，干涉條紋間距變寬 D、換一個兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄 E、去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失,ABD,練習4、某同學在做雙縫干涉實驗時，按要求安裝好實驗裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是因為 [ ] A、光源發(fā)出的光束太強 B、單縫與雙縫不平行 C、沒有安裝濾光片 D、光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大,BD,小結(jié),1、光的雙縫干涉出現(xiàn)明暗條紋的條件,2、光的雙縫干涉圖樣的特點,3、楊氏雙縫干涉如何測量光波波長,明暗相間,等間距,中央亮條紋,公式λ=dΔx/L,亮條紋,暗條紋,（ n=0，1，2，3…）,