13.3获得相干光方法杨氏双缝实验
杨氏双缝干涉装置产生两相干光的方法
杨氏双缝干涉装置产生两相干光的方法一、引言杨氏双缝干涉装置是一种经典的光学实验装置，可以产生两相干光。
它由两个狭缝、一块透镜和一个屏幕组成。
通过调整狭缝的位置和透镜的距离，我们可以观察到干涉条纹的出现。
本文将详细介绍杨氏双缝干涉装置产生两相干光的方法。
二、实验原理杨氏双缝干涉装置的原理是利用狭缝产生单色光源，并通过透镜将它们聚焦到屏幕上，形成明暗相间的条纹。
当两个狭缝之间距离相等时，它们产生的光波会在屏幕上相遇并产生交叠现象，形成明暗交替的条纹。
三、实验步骤1. 准备工作：将杨氏双缝干涉装置放在平稳的桌面上，并调整好透镜和狭缝的位置。
2. 开启单色光源：打开单色光源，并将其调整至合适亮度。
3. 调整狭缝位置：将两个狭缝的位置调整至相等，使它们之间的距离为λ/2，其中λ为单色光源的波长。
4. 调整透镜位置：将透镜放在两个狭缝和屏幕之间，并将其移动到合适的位置，使其能够将光线聚焦在屏幕上。
5. 观察干涉条纹：当光线通过狭缝和透镜后，会产生干涉现象。
观察屏幕上形成的明暗相间的条纹。
四、实验注意事项1. 在进行实验前，需要保证杨氏双缝干涉装置和单色光源处于稳定状态。
2. 在调整狭缝位置时，需要保证两个狭缝之间距离相等。
3. 在调整透镜位置时，需要保证光线能够聚焦在屏幕上。
4. 在观察干涉条纹时，需要注意环境光线对实验结果的影响。
五、实验结果分析通过杨氏双缝干涉装置产生的两相干光，在屏幕上可以看到明暗交替的条纹。
这些条纹是由于两个狭缝产生的单色光源相遇并产生交叠现象所形成的。
通过观察条纹的出现和排列方式，可以计算出单色光源的波长和两个狭缝之间的距离。
六、总结杨氏双缝干涉装置是一种简单而经典的光学实验装置，可以产生两相干光。
通过调整狭缝位置和透镜距离，我们可以观察到干涉条纹的出现。
在实验过程中，需要注意环境因素对实验结果的影响，并保证实验装置处于稳定状态。
高中物理 13.3 光的干涉 新人教版选修3-4
2.在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一 般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝 获得线光源，如图所示，在用单色光做双缝干涉实验 时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向 上移动，则 ( )
A.不再产生干涉条纹 B.仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变 C.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移 D.仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
将入射的单色光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上 方的干涉条纹情况，下列叙述正确的是 ( )
A.O点出现红光的亮条纹 B.红光的第一条亮条纹在P点的上方 C.O点不出现蓝光的亮条纹 D.蓝光的第一条亮条纹在P点的上方
【解析】选A、B。中央O点到S1、S2的路程差为零，所 以换不同颜色的光时，O点始终为亮条纹，选项A正确， C错误；波长越长，条纹间距越宽，所以红光的第一条 亮条纹在P点上方，蓝光的第一条亮条纹在P点下方， 选项B正确，D错误。
3.双缝屏的作用:平行光照射到单缝S上，又照射到双 缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情 况完全一致的相干光。
4.产生亮、暗条纹的条件:频率相同的两列波在同一点 引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个 振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处 振动步调总是相反。具体产生亮、暗条纹的条件为
【解析】选D。双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹， 所有条纹宽度相同且等间距，故A、C是红光、蓝光各 自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样；单缝衍 射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗， 而波长越长，中央亮条纹越粗，故B、D是衍射图样， 紫光波长较短，则中央亮条纹较细，故B是紫光的衍射 条纹，D是黄光的衍射条纹。故选D。
2
【解析】选B、D。在双缝干涉实验中，当某处距双缝
光学-干涉
d sin I 4 I 0 cos ( )
d sin I I m cos ( )
2
d sin I 4 I 0 cos 4 I 0 cos ( ) 2
2
2
看出 P 点的强度 I 如何随 角变化（即：随位相变化）
注意:
10 实际上4I0 就是各级明纹的强度.
或全亮或全暗、或一片均匀的光亮， 没有干涉条纹。
复色光垂直入射，在薄膜表面上： 有的颜色亮，有的消失， 没有干涉条纹。
30 透射光也有干涉现象
S
P
i
明暗条件： 反射光加强的点， 透射光正好减弱（互补）
A
D
i
B
n1
C
d n
n2
p' ( k 1,2,) max
2 ( k 0,1,2) min
a h 2l
注意： 10 以上讨论的是空气隙劈尖，若是其它情况， 相应公式 另写。
2 nd ( ?) * 2
k
max min
( 2k 1) 2
* d n
* L 2 n sin
*d=0 处不一定是暗纹
20 复色光入射 得彩色条纹
二
牛顿环 （劈尖干涉的结果）
2d n
'
2
2 2 n1 sin i
k ( 2k 1)
例1.在折射率为 1.50 的照相机玻璃镜头表面涂一层MgF2 (n=1.38) 这层膜应多厚？（黄绿光波长为5500A0） 解：使黄绿光透过， “”怎么写？ 假定光垂直入射
2nd
n1 1 n 1 38
d ， ， x 条纹越清晰。
杨氏双缝实验
实验六 杨氏双缝实验一、实验目的1.观察杨氏双缝干涉现象，认识光的干涉。
2.了解光的干涉产生的条件，相干光源的概念。
二、实验原理（一）杨氏双缝实验由光源发出的光照射在单缝S 上，使单缝S 成为实施本实验的缝光源。
在单缝S 前面放置两个相距很近的狭缝S 1和S 2，且S 1和S 2与S 之间的距离均相等。
S 1和S 2是由同一光源S 形成的，满足振动方向相同、频率相同、相位差恒定的相干条件。
故S 1和S 2为相干光源。
当S 1和S 2发出的光在空间相遇，将产生干涉现象，在屏幕P 上将出现明、暗交替的干涉条纹。
1. 分波阵面获得相干光，满足振动方向相同，相位差恒定，频率相同的干涉条件。
2. 干涉明暗条纹的位置P 点处的波程差，12r r -=δ∆，（空气的折射率 n = 1 ） 在 D >>d , D >>x ，即θ 很小时，D xd d d r r =≈≈-=θθδtan sin 12 （其中Dx=θtan ） （1）双缝干涉的明暗纹条纹干涉相消暗纹干涉相长明纹 ,2,1,0,2,1,0)12(==⎩⎨⎧+±±==k k k k x D dλλδ（2）干涉明暗纹的位置,2,1,02)12(,2,1,0=+±==±=k dD k x k d D kx ，暗纹，明纹λλ两相邻明纹或暗纹的间距都是dD x λ=∆ 其它 x 点的亮度介于明纹和暗纹之间，逐渐变化 综上所述，杨氏双缝干涉的特点：（1) 用分振幅法获得相干光，两束光初相位相同，均无半波损失；（2) 干涉明暗纹是等间距分布，相邻明纹间的距离与入射光的波长成正比，波长越小，条纹间距越小；（3) 若用白光照射，则在中央明纹（白光）的两侧将出现彩色条纹。
（二） 杨氏双缝干涉的光强分布狭缝S 1和S 2发出的光波单独到达屏上任一点B 处的振幅分别为A 1和A 2，光强分别为I 1和I 2，则根据叠加原理，两光波叠加后的振幅为：)cos(212212221ϕϕ-++=A A A A A两光波叠加后的光强为：)cos(2122121ϕϕ-++=I I I I I其中： λδπϕϕ212=-。
杨氏双缝实验实验报告
一、实验目的1. 通过杨氏双缝实验，观察光的干涉现象，验证光的波动性。
2. 理解光的干涉条件，包括相干光源的概念。
3. 掌握实验仪器的操作方法，包括光源、狭缝、透镜和屏幕等。
4. 学习如何测量光波的波长。
二、实验原理杨氏双缝实验是由英国物理学家托马斯·杨于1801年提出的，该实验通过观察光通过两个狭缝后在屏幕上形成的干涉条纹，验证了光的波动性。
实验原理基于以下两个假设：1. 光是一种波动现象。
2. 当两束相干光波相遇时，会发生干涉现象。
在杨氏双缝实验中，光通过两个狭缝后，在屏幕上形成一系列明暗相间的干涉条纹。
这些条纹的形成是由于两束光波相遇时发生干涉，即两束光波的振幅相加，导致某些区域光强增强（亮条纹），而另一些区域光强减弱（暗条纹）。
根据杨氏双缝实验的原理，可以推导出干涉条纹间距的公式：\[ \Delta x = \frac{\lambda L}{d} \]其中，\(\Delta x\) 是相邻两条亮条纹或暗条纹之间的距离，\(\lambda\) 是光波的波长，\(L\) 是屏幕到双缝的距离，\(d\) 是两个狭缝之间的距离。
三、实验仪器1. 激光器：提供单色光源。
2. 狭缝板：包含两个平行的狭缝。
3. 透镜：将激光束聚焦到狭缝板上。
4. 屏幕板：用于观察干涉条纹。
5. 支架：用于固定实验仪器。
四、实验步骤1. 将激光器、狭缝板、透镜和屏幕板按照实验要求放置在支架上。
2. 调整透镜，使激光束聚焦到狭缝板上。
3. 调整狭缝板，使两个狭缝平行且距离适中。
4. 调整屏幕板，使屏幕与狭缝板平行，并观察屏幕上的干涉条纹。
5. 记录屏幕上的干涉条纹间距，并计算光波的波长。
五、实验结果与分析1. 在实验过程中，成功观察到屏幕上的干涉条纹，验证了光的波动性。
2. 根据干涉条纹间距的测量结果，计算出光波的波长。
3. 通过实验结果，可以得出以下结论：- 光是一种波动现象。
- 干涉现象是光波的基本特性之一。
大学物理第13章光的干涉报告
光 光
7700~6200Å 6200~5900Å 5900~5600Å 5600~5000Å 5000~4800Å 4800~4500Å 4500 ~3900Å
3.9×1014 ~4.8 ×1014Hz 4.8×1014 ~5.1 ×1014Hz 5.1×1014 ~5.4 ×1014Hz 5.4×1014 ~6.0 ×1014Hz 6.0×1014 ~6.3 ×1014Hz 6.3×1014 ~6.7 ×1014Hz 6.7×1014 ~7.7 ×1014Hz
(2) 激光光源：受激辐射 (将在近代物理中讨论) (3) 同步辐射光源：接近光速的变速电子的一种电 磁辐射。
二. 光波叠加
光波叠加原理： 当几列光波在同一介质中相遇时，其合成光振动是 各列光波单独在该点所产生的光振动的矢量和。
E E1 E2
E Eo cos(t 2r )
I 4 I1 明纹(加强) 2k , (2k 1) , I 0 暗纹(减弱)
四. 获得相干光的方法
普通光源发出的光是不相干的。 利用普通光源获得相干光的基本方法是： 将一个光源的微小部分 ( 视为点光源或线光源 ) 发出的光设法分成两束再使其相聚。 1. 分波阵面法(杨氏实验) 2. 分振幅法(薄膜干涉)
真空中的波长
2
=±2k ,
明纹(加强)
=±(2k+1) , 暗纹(减弱)
明纹 暗纹
即
光程差
=
k
1 ( k ) 2
( k 0,1,2,......)
2 1 ( 2r2
2
2r1
1
13-3.4 光的干涉 实验 用双缝干涉测量光的波长课件 新人教版选修3-4课件
频率 、而且相差恒定． _____ 相干光源：发出的光能够产生干涉的两个光源．
分类例析
课堂对点演练
二、决定条纹间距的条件 实验解释：当双缝与屏上某点的距离之差等于半波长的 整数倍 时)，两列光在这点 偶数倍 时(即恰好等于波长的_______ _______ 亮条纹 ；当双缝与屏上某点的距离 相互加强，这里出现_______ 奇数倍时，两列光在这点_________ 相互减弱 ， 之差等于半波长的_______ 这里出现暗条纹，这也是出现明暗条纹的条件． l 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距：Δ x＝ λ . d 三、用双缝干涉测量光的波长 实验目的：(1)观察白光及单色光的双缝干涉图样
速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差
|r1－r2|应为
c A. 2f 3c B. 2f 3c C. f
(
分类例析
课堂对点演练
二、双缝干涉图样的特点 单色光的干涉图样 若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条 纹间距相等．中央为亮条纹，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.
白光的干涉图样(如图13－3、4－3所示) 若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条 纹，且中央条纹是白色的．这是因为：
答案
B
借题发挥
判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点
到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值，要记 住光程差等于波长整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数 倍处为暗条纹，还要注意这一结论成立的条件是：两个光 源情况完全相同．
分类例析
课堂对点演练
【变式2】 如图13－3、4－7所示，用频率 为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在 光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光
相干光与杨氏双缝干涉
光波是电磁波在空间的传播。而电磁波用矢量E和H表示 。
平面电磁波方程
E
E0
cos (t
r) u
H
H0
cos (t
r) u
实验证明光波中参与与物质相互作用（感光作用、生理作用等
）的只是 E 矢量，称它为光矢量。E 矢量的振动称为光振动。
可见光的范围
: 400 ~ 760nm : 7.51014 ~ 4.31014 Hz
解： (1) X D 180 632 .8107 0.518 cm
d
0.022
(2) X d 0.45 0.015 562 .5 nm
D
120
例2 在杨氏双缝干涉的实验中，入射光的波长为
λ， 若在缝S2上放置一片厚度为b、折射率为 n 的
透明薄膜，试问：（1）两束光的光程差；（2）原
白光照射时，出现彩色条纹
续上
三 相干光 振动方向、频率相同，相位差恒定。
1）普通光源的发光机制
激
En
发
态
跃迁 基态
自发辐射
原子能级及发光跃迁
E h
1
2
P
t : 108 ~ 1010 s
普通光源发光特 点： 原子发光是断续 的，每次发光形成一 长度有限的波列, 各 原子各次发光相互独 立，各波列互不相干.
2）相干光的产生 振幅分割法
=
d
x
D
d << D x << D
d
x
x D
k D
k
(2k 1) D
d (2k 1)
2
加强
减弱
明纹 k
暗纹
k 0,1,2,
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xk红
xk 1紫
x
0 级明纹 k 级明纹 k+1级明纹
例 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 6005.893104 0.35 mm
d
1.0
D 600 5.893104
x
0.035 mm
d
10
(2) 双缝间距 d 为
d D 6005.893104 5.4 mm
x
0.065
（下一页）
二、洛埃镜
观察屏
S1 • O
S2 •
反射镜
（洛埃镜实验结果与杨氏双缝干涉相似）
• 接触处, 屏上O 点出现暗条纹
半波损失
相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长的波程差。
n1 n2 有半波损失 n1 n2 无半波损失
• 透射波没有半波损失
入射波 n1 n2
反射波
例 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。
求 能观察到的清晰可见光谱的级次。 解 在400 ~ 760 nm 范围内，最先发生重叠的是某
一级次的红光和高一级次的紫光明纹条件为
xk红
k
D红
d
xk 1紫
（k
1）D紫
d
k λ红 (k 1) λ紫
xk1紫 xk红 k λ紫 400 1.1
λ 红 λ 紫 760 400 清晰的可见光谱只有一级
方法一：
由xk
k
D
d
第 k 级明纹中心位置
可得
xkd
kD
方法二： 由x D 相邻明纹（或暗纹）间距
d
可得 x d
D
实际实验时我们采用那种方法那？
（下一页）
实验装置
S1 * S* ＊
S2 *
k=+2 k=+1
k= 0
I
k=-1
问题1。干涉区域是否无限大
k=-2
2，要使干涉区域变宽该如何做？
一、杨氏双缝实验（分波阵面法）
s1
S
s2
明条纹位置 明条纹位置 明条纹位置
2、杨氏干涉条纹
波程差：
r2 r1 d sin
d tg d x （D >> d ）
D k ,
(2k 1) ,
2
xk
k
D d
,
xk
(2k 1) D
d2
k 0,1,2…
k 0,1,2,3
干涉加强、明纹位置
由普通光源获得相干光的途径（方法）有两类：
分波阵面法
从同一波阵面上的不同部分产生次级波相干
分振幅法
利用光的反射和折射将同一光束分割成振幅 较小的两束相干光
分波面法,如：杨氏双缝干涉
p
S*
分振幅法，如：薄膜干涉
S*
·p
薄膜
（下一页）
13.3 获得相干光的方法 杨氏双缝实验
获得相干光的方法
1. 分波阵面法（杨氏实验) 2. 分振幅法（薄膜干涉)
干涉减弱、暗纹位置
（下一页）
讨论 (1) 为了能分辨各级，得到干涉图像，要求 d << D。
(2) 相邻明条纹间距 x 正D 比 于 ；
d
条纹周期性排列是光波空间周期性的体现。
(3) 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 。
0
2
1
级
级
级
明
明
明
纹
纹
纹
(3) D, d 一定时，由条纹间距可算出单色光的波长