杨氏双缝干涉条纹的特点
光的干涉与衍射的杨氏双缝实验
光的干涉与衍射的杨氏双缝实验光的干涉与衍射是物理学中的重要概念，被广泛应用在各种科学研究和实践应用当中。
杨氏双缝实验的设计，就是基于这两大核心理论，通过严谨的实操和精密的测量，实证性地揭示出光的波动特性。
一、光的干涉现象在物理学中，干涉是波动理论中的重要概念，指的是两个或多个频率、相位和振幅相同的波在传递的过程中，于同一时空进行叠加的现象。
这种叠加结果，我们称之为干涉。
在杨氏双缝实验中，由于光源发出的光波同时通过两个狭缝，产生两队波源。
这两队波源相互叠加，就会产生干涉现象。
因为两个狭缝之间的距离足够小，两束光能在缝后的屏幕上形成重叠的光场，观察者能够观察到明暗交替的干涉条纹。
二、光的衍射现象衍射就是光波在遇到障碍物或通过狭缝时，波前会发生改变，产生弯曲或扩散的现象。
在杨氏双缝实验中，光源发射出的光波通过双缝，光波的部分被狭缝阻断，只有一部分光波能通过狭缝传播到屏幕上，这就导致原方向上光强度的减弱，而在原非传播方向上则产生光强度，这就是衍射现象。
三、杨氏双缝实验杨氏双缝实验是由英国物理学家杨设计的光的干涉实验。
实验设备由单色光源、双缝装置和接收屏幕三个部分组成。
首先，光源发出的光波通过双缝装置，使得整个光场被划分为两部分。
这两部分的光在通过狭缝后，会发生衍射现象。
这两束衍射光在双缝装置后的区域内相遇并重叠，因铵的其中一部分区域，两束光波的相位差是整数倍的波长，导致相位相加，形成明条纹。
其中另一部分区域，两束光波的相位差是奇数倍的半波长，导致波浪相消，形成暗条纹。
杨氏双缝实验是对光的波动性的深入研究和科学应用，同样也对我们理解和探索光的性质提供了宝贵的实物依据。
通过这个实验，我们更加深入地理解了干涉与衍射的概念，为光的科学研究提供基础。
同时，这个实验也揭示了光的双性:光既具有波动性，也具有粒子性，为人们理解量子力学的波粒二象性理论提供了实验基础。
杨氏双缝干涉实验原理
杨氏双缝干涉实验原理杨氏双缝干涉实验是物理学中经典的实验之一，它揭示了光的波动性质和干涉现象。
该实验由英国物理学家托马斯·杨于1801年设计并进行，成为光学领域的重要里程碑。
在这个实验中，通过狭缝中的光波的干涉现象，我们可以观察到光的波动性质和波动方程的应用。
首先，让我们来了解一下杨氏双缝干涉实验的基本原理。
实验装置通常由一束单色光源、两个狭缝和一个屏幕组成。
光源发出的单色光通过两个狭缝后，会形成一系列的光波。
这些光波在屏幕上叠加，形成了一系列明暗条纹，这就是干涉条纹。
这些条纹的分布规律能够揭示出光波的波动性质。
其次，我们来看一下这些干涉条纹是如何形成的。
当两个光波相遇时，它们会相互叠加，形成新的波的幅度。
如果两个波的幅度相同并且相位相同，它们就会相互加强，形成亮条纹；如果两个波的幅度相同但相位相反，它们就会相互抵消，形成暗条纹。
这种干涉现象是由光波的波动性质所决定的，它揭示了光波的波长和波速等重要特性。
在杨氏双缝干涉实验中，我们还可以通过改变狭缝之间的距离、光源的波长等参数，来观察干涉条纹的变化。
这些实验结果与理论计算相吻合，进一步验证了光的波动性质和波动方程的正确性。
通过这些实验，我们不仅可以认识到光的波动性质，还可以应用干涉原理来测量光的波长、研究光的相干性等重要问题。
总之，杨氏双缝干涉实验揭示了光的波动性质和干涉现象，成为了光学领域的重要实验之一。
通过这个实验，我们可以深入理解光的波动性质，探索光的波长、波速等重要特性。
这个实验不仅在理论上具有重要意义，还在实际应用中有着广泛的应用价值。
希望通过本文的介绍，读者对杨氏双缝干涉实验有了更深入的了解，对光的波动性质有了更清晰的认识。
杨氏双缝干涉实验的规律
杨氏双缝干涉实验的规律引言：杨氏双缝干涉实验是物理学中经典的实验之一，它揭示了光的波动性质。
通过实验观察到的干涉现象和规律，加深了人们对光的理解，也为后来的波动理论奠定了基础。
本文将详细介绍杨氏双缝干涉实验的规律。
一、实验原理与装置：杨氏双缝干涉实验是利用光的波动性质而进行的，它基于光的干涉和叠加原理。
实验装置主要由一块光源、两个狭缝、一块屏幕以及一些辅助器件组成。
光源发出的光通过两个狭缝之后，会形成一系列的光波，这些光波在屏幕上叠加形成干涉条纹。
二、干涉条纹的形成：当光通过两个狭缝后，会形成两组光波，这两组光波在屏幕上相互叠加。
当两个狭缝之间的距离足够小，且光的波长也足够小的时候，我们可以观察到明暗相间的干涉条纹。
这些条纹是由光的相长和相消干涉引起的。
三、干涉条纹的间距：干涉条纹的间距是杨氏双缝干涉实验中的重要参数。
根据理论计算和实验观察，我们可以得出以下结论：1. 干涉条纹的间距与光的波长成反比：当光的波长增大时，干涉条纹的间距会减小；当光的波长减小时，干涉条纹的间距会增大。
2. 干涉条纹的间距与两个狭缝之间的距离成正比：当两个狭缝之间的距离增大时，干涉条纹的间距也会增大；当两个狭缝之间的距离减小时，干涉条纹的间距也会减小。
四、干涉条纹的明暗：干涉条纹的明暗是由光波的相长和相消引起的，根据杨氏双缝干涉实验的观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 在干涉条纹的中央位置，光波的相长使得条纹最亮。
2. 两个狭缝之间的光波在屏幕上叠加时，如果光波的波峰与波谷重合，就会出现相消干涉，使得条纹最暗。
3. 在中央位置附近，干涉条纹由明变暗，然后再由暗变明，形成了一系列的明暗相间的条纹。
五、干涉条纹的宽度：干涉条纹的宽度是指相邻两条暗纹（或亮纹）之间的距离，根据实验观察和理论计算，我们可以得出以下结论：1. 干涉条纹的宽度与光的波长成正比：当光的波长增大时，干涉条纹的宽度也会增大；当光的波长减小时，干涉条纹的宽度也会减小。
杨氏双缝干涉的特点及相关计算
杨氏双缝干涉的特点及相关计算嘿，你知道吗，杨氏双缝干涉那可真是太神奇啦！就好像是一场光
的奇妙舞蹈！
杨氏双缝干涉的特点那可是相当鲜明呢！当光通过两条狭缝时，居
然会形成一系列明暗相间的条纹，这难道不令人惊叹吗？这就好比是
一群小精灵在欢快地跳跃，形成了有规律的图案。
咱来具体说说啊，比如在实验中，你能清晰地看到那一道道明亮的
条纹和暗淡的条纹交替出现，这是多么神奇的景象呀！这就像音乐中
的节奏，有强有弱，充满了韵律感。
那相关计算呢，也很有意思哦！通过计算条纹的间距、光的波长等，我们可以深入了解光的特性。
比如说，你可以根据已知条件，计算出
光的波长呀，这就像是解开一道神秘的谜题，充满了挑战和乐趣。
我记得有一次和朋友一起做这个实验，他看着那些条纹，眼睛都放
光啦，直说：“哇，这也太不可思议了吧！”然后我们就开始热烈地讨
论起来，猜测着这背后的原理。
还有啊，在学习杨氏双缝干涉的时候，老师给我们详细讲解，就好
像是一位智慧的引路人，带着我们一步步走进光的神秘世界。
总之，杨氏双缝干涉真的是物理学中一颗璀璨的明星！它让我们对
光有了更深刻的认识，也让我们感受到了科学的魅力。
它的特点鲜明
独特，相关计算充满挑战和乐趣，真的值得我们好好去探索和研究呀！。
第二节双缝干涉
光程: 在传播时间相同或相位改变相同的条件下,把光在介质 中传播的路程折合为光在真空中传播的相应路程,光程等于介 质折射率乘以光在介质中传播的路程.
2. 光程差
两束相干光,分别在两介质中传播后p点相遇,其相位差为
∆φ
=
2π r2 λ2
−
2π r1 λ1
=
2πn2 r2 λ0
−
2πn1 r1 λ0
=
2π λ0
传播的路径x 应为
x = ct = c r = nr
u
在介质中相应的相位改变为
∆φ = 2π r λ
在改变相同相位的条件下,光波在不同介质中传播的路程是 不同的.
∆φ = 2π r = 2π x λ λ0
x = λ 0r = nr λ
上式说明在相位变化相同的条件下,光在介质中传播的路程r
可折合为光在真空中传播的路程 nr.
= 0,1,2,3.........) I (k = 0,1,2,3.........)
=
4I1 I=
0
加强 减弱
两束不相干的光波在空间相遇其光强为 I = I1 + I2 ,没有干涉项. 四. 光波的半波损失
光波传播遇两个不同的介质,介质的疏密由两个介质的折射率 决定,光疏介质,折射率n相对小;光密介质,折射率n相对大. 光由光疏介质→光密介质→光疏介质,有半波损失,此时有位 相的突变. 五. 光程 光程差
解：无云母片， r1 = r2 δ =0
s1
r1
加上云母片，
s2
r2
P0
δ =[(r1 − e)⋅1+ ne− r2 ⋅1] = (n −1)e r1 = r2
p0处为第七级明纹
δ = 7λ = (n −1)e e = 7λ = 6.6 ×10−6 m
《大学物理教程》郭振平主编第三章光的干涉知识点与课后习题答案
第三章 光的干涉一、基本知识点光程差与相位差的关系：2c L v λφπ∆=∆光的叠加原理：在真空和线性介质中，当光的强度不是很强时，在几列光波交叠的区域内光矢量将相互叠加。
相干叠加: 当两列光波同相时，即2k φπ∆=，对应光程差L k λ∆=，0,1,2,k =±±，则合振幅有最大值为max 12A A A =+，光强也最大；当两列光波反相时，即()21k φπ∆=+，对应光程差()212L k λ∆=+，0,1,2,k =±±，则合振幅有最小值为min 12A A A =-，光强也最小。
这样的振幅叠加称为相干叠加。
光的干涉：振幅的相干叠加使两列光同时在空间传播时，在相交叠的区域内某些地方光强始终加强，而另一些地方光强始终减弱，这样的现象称为光的干涉。
产生干涉的条件： ① 两列光波的频率相同；② 两列光波的振动方向相同且振幅相接近； ③ 在交叠区域，两列光波的位相差恒定。
相干光波：满足干涉条件的光波。
相干光源：满足干涉条件的光源。
获得相干光的方法：有分波阵面法和分振幅法。
分波阵面法: 从同一波阵面上分出两个或两个以上的部分，使它们继续传播互相叠加而发生干涉。
分振幅法: 使一束入射光波在两种光学介质的分界面处一部分发生反射，另一部分发生折射，然后使反射波和折射波在继续传播中相遇而发生干涉。
杨氏双缝干涉：图3-1杨氏双缝干涉实验装置如图3-1所示，亮条纹和暗条纹中心分别为D x kaλ=±，0,1,2,...k =：亮条纹中心 ()212D x k a λ=±-，1,2,k =：暗条纹中心式中，a 为双缝间距；D 为双缝到观察屏之间的距离；λ为光波的波长。
杨氏双缝干涉条件：a ≈λ；x <<D 。
杨氏双缝干涉条纹间距: 干涉条纹是等间距分布的,任意相邻亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离1k k Dx x xa λ+∆=-=杨氏双缝干涉条纹的特点：(1) 以O点（0k=的中央亮条纹中心）对称排列的平行的明暗相间的条纹；(2) 在θ角不太大时条纹等间距分布,与干涉级k无关。
光的干涉与杨氏双缝实验
光的干涉与杨氏双缝实验光的干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生干涉现象的现象。
其中，杨氏双缝实验是最经典的光的干涉实验之一。
本文将对光的干涉和杨氏双缝实验进行详细介绍。
一、光的干涉光的干涉是由于光波是一种具有波动性质的电磁波，当两束或多束光波相互叠加时，会出现干涉现象。
干涉分为构造干涉和暗纹干涉两种。
1. 构造干涉构造干涉是指当两束或多束光波相遇时，产生增强或减弱的亮度分布的现象。
这种干涉是由于光的波峰和波谷相互重叠或相互抵消而形成的。
典型的例子是杨氏双缝实验。
2. 暗纹干涉暗纹干涉是指在干涉中出现明显的暗纹现象。
这是由于两束或多束光波相遇时，波峰和波谷产生相互抵消，光的亮度降低而形成的。
二、杨氏双缝实验杨氏双缝实验是由英国科学家杨振宁于1801年设计并进行的实验。
它是用来证明光是一种波动性质的经典实验之一。
1. 实验装置杨氏双缝实验的装置非常简单，由一个准直光源照射到一个板上有两个小孔的屏幕上，光通过两个小孔后再投射到远离屏幕的墙上形成干涉条纹。
通常，光源使用单色光源，以便更好地观察干涉现象。
2. 实验原理杨氏双缝实验的实验原理是，当光波通过两个小孔后投射到墙上时，两个光波相互叠加形成干涉现象。
根据光的波动性质，在某些特定的位置，光的波峰和波谷相互重叠，形成增强的亮纹，而在其他位置则形成减弱的暗纹。
3. 实验结果与分析在杨氏双缝实验中，观察到的干涉条纹为一组明纹和暗纹相间的条纹。
通过观察并测量干涉条纹的宽度和间距，可以计算出光的波长和光的相干长度。
4. 应用与意义杨氏双缝实验不仅是一种常用的实验方法，还有重要的应用价值。
例如，可以通过杨氏双缝实验对光波的性质进行研究，还可以通过杨氏双缝实验测量光的相干性和波长。
总结：光的干涉是由于光波的波动性质，两束或多束光波相互叠加产生的干涉现象。
杨氏双缝实验是光的干涉实验中最经典的实验之一。
通过杨氏双缝实验可以观察到光的干涉条纹，并利用这些条纹进行光波性质的研究和测量。
杨氏双缝干涉
k 1,2,.....
2）、用波程差表示： k 0,1,2,3.....
d sin
2k .....加强(明).....
x2 d. {(2k 1) 减弱(暗).......(12.8)
D2
k——条纹级次
k 1,2,3.....
3
（2）干涉明纹和暗纹中心的位置： 1）明纹中心的位置：
x D k D ......(12 9) k 0,1,2,.....
d
d
2）暗纹中心的位置：
x D (2k 1) D ......(12 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？
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)
（2）、相位差: 2 ......(1)
——相干光的波长。
2
2、干涉明暗条纹的位置和条件：
· （1）、干涉明暗条纹的条件：
r1
Px x
1）、用相位差表示：
k 0,1,2,.....
d
r2
r
D
x o x0
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光波
(一)、光源的发光机制： 能级跃迁辐射 高能级E2 光子
低能级E1 普通光源：自发辐射。每一个分子和原子都相当于 一个小光源，(1)它们发出的光的振幅、相位、振动 方向各不相同；(2)原子发光是间歇的，眼睛感觉到 的光强是平均光强; （3）波列的长度即相干长度。
· ·
独立(不同原子发的光)
结论：普通光源 独立(同一原子先后发的光) 不是相干光源。
D x d D x ,1,2,
杨氏双缝干涉, 要求明确以下问题：
1、如何获得的相干光；
2、明、暗纹条件公式； 3、干涉条纹特点： 形状、间距、 级次位置分布；
讨论
D 条纹间距: x d
(k 1)
D一定时，若 变化，则 1）d 、
相干光
（三）、相干光的获得
一入射波传播到带有小孔的屏时，不论入射波的波阵面是什么形状， 通过小孔时，在小孔的另一侧都产生以小孔作为点波源的前进波，可将 其抽象为从小孔处发出的一种次波或子波，其频率与入射波频率相同。
原理：使一个点光源的同一个点发出的光分成两 个或两个以上的相干光束，使它们各经过不同的路径 后再相遇以产生干涉。 1.分波阵面法 在点光源的同一波面上取两个点，使这两点发 出的子波经过不同的路径后再相遇产生干涉的方法为 分波阵面法。如杨氏双缝干涉实验。 2.分振幅法 一束光线经过介质薄膜界面的反射与折射，形成 的两束光线产生干涉的方法为分振幅法。如薄膜、劈 尖、牛顿环等。
2
k 0 ,1,2 ,3,
(2)
——P点处出现暗条纹
波程差为其它值的点,光强介于最明与最暗之间。
因此上述两条纹分别是明纹中心和暗纹中心。
由图可知：x Dtg
当θ很小时，即D>>d,
S1
S d
r1
P
x
x sin tg D
代入(1)、(2)式，可得
r2
D
S2
O
D 明纹中心的位置： x k d
k 0,1,2,
D 暗纹中心的位置： x (2k 1) 2d
☺相邻两明纹或暗纹间的距离为：
k 1,2,3,
D x d
说明：
1. x=0时，对应于零级明条纹; 光程差=0; 2. 在零级明条纹两侧对称分布 着第一级、第二级……第k 级明条纹； 3. 杨氏双缝干涉图样的干涉条 纹是等间隔、对称分布的
（二）.产生相干光的条件
两束光： 1.频率相同； 2.振动方向一致； 3.有恒定的相位差；
来自两个普通光源或同一个光源的不同部分
的光相遇叠加时，不可能产生干涉现象。
普通光源：太阳光、电灯、手电筒、煤油灯等发 出来的光，没有干涉现象发生，为什么？
因为它们不是相干波源，发射的光波不是相干波， 所以普通光相遇，没有干涉现象发生。
n=5 n=4 n=3 n=2 n=1 0 n=-1
n=-2 n=-3 n=-4
n=-5
杨氏双缝干涉条纹的特点： 1. 屏幕中心为零级亮条纹，两侧为平行等间距的明暗 相间条纹；
D x 2. 条纹间距： d
3. 干涉条纹不仅出现在屏上，凡是两光束重叠的区域 都存在干涉，故杨氏双缝干涉属于非定域干涉。
S1
波源
分波阵面法
S
相干光的产生方法： 分波阵面法
分振幅法
s1
光源 *
s2
一. 杨氏双缝干涉实验
一、 杨氏双缝干涉实验
单色光 分波阵面法
S 线光源，G 是一个遮光屏，其上有两条与 S 平行的狭缝 S1、S2，且与S 等距离，因此S1、S2 是相干光源，且相位相同； S1、S2 之间的距离是d ，到屏的距离是D。 G
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片
例题：在双缝干涉实验中， 双缝与屏的间距D=1m，双缝间距d=0.2mm，屏幕上 第二级明条纹位置为x=6.2mm，求光波的波长？
解：
讨论题： 1. 如果用两个灯泡分别照亮S1、S2缝，能否看到干涉条纹？ 2. S1缝后贴一红色玻璃纸，S2缝后贴一绿色玻璃纸，能否看到 干涉条纹？
第四节
光学基础
5.9
本章主要内容：波动光学 •光的干涉(Interference )； •光的衍射(Diffraction of Light )； •光的偏振性（横波 Polarization of Light ）。
一、光谱
λ (nm)
紫外区
紫 光
可见光区
红 光
红外区
•光在人眼视觉范围内的波段为400nm 760nm。
可见光
二、光的本质
光具有波动性和粒子性，合称波粒二象性。 光的波动性是指光是某一波段的电磁波。光在不同媒 质的分界面上会发生反射和折射现象；在传播过程中出现 干涉、衍射和偏振等现象。 光在真空中的传播速度为：
c 3 108 m / s
光的粒子性是指光是由单个的光子构成的。光电效 应实验可以证明这一点。
S1
S d
r1
P
r2
D
x O 干 涉 条 纹
S2
I
由S1，S2发出的光波到 P点的波程差为
光 强 分 布
r2 r1 d sin
在P点发生相长干涉的条件为
r2 r1 k
k 0,1,2,
(1)
——P点处出现明条纹 在P点发生相消干涉的条件为
r2 r1 ( 2k 1 )
1. 光是电磁波, 其波动方程是什么?
2. 电磁波是电场强度 E 与磁场强度H 的矢量波;
r E E0cos (t ) u
3. 光矢量: 对人眼和感光仪器起作用的主要是电场强 度E, 所以人们称电场强度E为光矢量.
r H H 0cos (t ) u
r E E0cos (t ) u
x 将怎样变化？
λ =700nm
550nm
400nm
2） 条纹间距 x与 、D 一定时，
4. 当D 、一定时，Δx与d成反比，d越小，条 纹分辨越清。
应用： 利用干涉条纹间距，测量未知光波的波长;
k=0
k 1
k3 k2
0
x
5. Δx与成正比，用白光做光源时，除中央明纹是白光外，其 它各级条纹是彩色条纹，紫在内红在外； 6.λ1与 λ2为整数比时，某些级次的条纹发生重叠。 k1λ1=k2λ2， 高级次的条纹发生交叠而模糊不清。