杨氏双缝干涉实验讲义
近代物理实验：杨氏双缝干涉实操指导手册
近代物理实验：杨氏双缝干涉实操指导手册一、实验目的本实验旨在通过杨氏双缝干涉的实际操作，帮助学生加深对波动光学基本原理的理解，并通过实验数据的收集和分析，进一步加深对干涉现象的认识。
二、实验原理1. 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉是一种经典的干涉实验。
当一束光通过两个间距较小的狭缝后，光波会发生干涉现象。
通过观察干涉条纹的位置和形态，可以推断出光波的波长和波速等物理量。
2. 干涉条纹在杨氏双缝干涉中，两个狭缝会形成一系列亮暗相间的干涉条纹。
其中，亮条纹表示光程差为整数倍波长，暗条纹表示光程差为半整数倍波长。
三、实验器材1.光源：稳定的单色光源2.双缝装置：包含两个相邻的狭缝3.屏幕：用于观察干涉条纹4.尺子和刻度尺：测量实验参数四、实验步骤1. 实验准备1.将双缝装置置于光源前方。
2.调整双缝装置，使两缝间距相等且与光源垂直。
3.将屏幕放置在较远的位置，以便观察干涉条纹。
2. 实验操作1.打开光源，使光线通过双缝产生干涉。
2.观察屏幕上的干涉条纹。
3.使用尺子和刻度尺测量干涉条纹间距等实验数据。
3. 数据处理1.根据实验数据计算出光波的波长和波速。
2.绘制出干涉条纹的图像，并分析其特征。
五、实验注意事项1.操作时要注意保持实验环境的稳定。
2.光线要足够强且单色，以获得清晰的干涉条纹。
3.实验结束后，注意关闭光源并整理实验器材。
六、实验结果与分析通过本次实验，我们成功观察到了杨氏双缝干涉产生的干涉条纹，并通过数据处理计算出了光波的波长和波速。
实验结果与理论值较为接近，说明本次实验取得了成功。
七、实验拓展学生可以尝试调整双缝间距、光源波长等参数，观察干涉条纹的变化，进一步了解杨氏双缝干涉的规律。
八、结论通过本次实验，学生对杨氏双缝干涉的原理和实际操作有了更深入的了解，进一步巩固了波动光学的知识。
希望同学们在实验中认真思考和实践，不断提升实验能力和科学素养。
参考文献1.Young, T. (1802).。
杨氏双缝干涉实验 ppt课件
r1 r2
D
P
x O
E
P点为明条纹。
k=0, ±1, ±2, ±3...
MO虚线上方取“＋”下方
取“－”，所以k有正负
之分 PPT课件
5
S1 So
x
P2
k=2
P1
k=1 x
O
k=0
S2
k= 0, x 0
k=-1
k=-2
H
中央明条纹或零级明纹
D
k=±1,
x 1
d
一级明条纹
D
P点的明暗决定于S1 S 2到P点 的相位差：
k
明纹
r 2
r 1
{
(2k
1)PPT课件
暗纹
2
P
x O
E
2(r2 r1 )
4
r2 r1 dsin
d tg xd
D
（1）明纹条件
xd k
D
S1 dM
s2
D
D
k=±2,
x 2 2
d
二级明条纹 PPT课件
明条纹之间间距
x D
d
6
（2）暗纹条件
当
xdຫໍສະໝຸດ (2k 1)
D
2
D
x (2k 1)
暗
2d
k=0,1,2,3...
P点为暗条纹
PPT课件
7
S1 So
S2
x
P2 P1 O
H
k=1 x
k=0
k=0
k=-1
k= 0,
3、用微测目镜测出干涉条纹的间距 x ，双缝到 测微目镜焦平面上叉丝分化板的距离D。
高二物理竞赛杨氏双缝干涉课件
P点光强： I I1 I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的 光强之和，无干涉现象
5
2.相干叠加 满足相干条件的两束光叠加,则
cosΔ cosΔ
第9章 机械波
I I1 I2 2 I1I2 cos （叫相干叠加）
▲干涉相长(明)
2k π
（k = 0,1,2…）
I Imax I1 I2 2 I1I2
光经历几种介质时
光程 niri i
u1
u2
u3
s1
s2
s3
18
2.光程差
(n2r2 n1r1)
2
若两相干光源不是同位相的
0
2
两相干光源同位相，干涉条件
第9章 机械波
k,
k 0,1,2…加强（明）
(2k 1)
2
k 0,1,2…减弱（暗）
19
I
k=-1
k=-2
s1
r1
s
d
r2
s2
第9章 机械波
P x
x
I o
D
波程差 r2 r1 d sin dtg
位相差
d x
D
(10
20 )
2
r2
r1
由于分波面法，两列相干波的初相相同 10
2
(r2
r1)
2
x D
d
1.干涉加强或干涉减弱的条件
第9章 机械波
加强或明纹：
2
(2)在 不太大时条纹等间距分布,与干涉级k无关。
x x D x 1 d
•x , 白光入射时，中央为白色明纹，其它级次 出现彩色条纹, 有重叠现象。
K3 K=2
K=1
《双缝干涉实验》PPT课件
d 0 .5 xD4103
d
从干涉条纹间距可以求出相干光的波长。
精选PPT
11
例题3.2 在杨氏实验装置中，光源波长λ＝
6.4×10－5 cm ，两狭缝间距d为0.4毫米， 光屏离狭缝距离D为50厘米。
试求：（a）光屏上第一亮条纹和中央 亮条纹之间的距离。
_______
_______
n2 S2 N2 n2 S1N1
精选PPT
18
（3）光程差公式
若( L 02) n ( 0k ˆ 1，r k ˆr ) n （ r 2 r 1 ）
n=1时，(L)r2r1
精选PPT
4
注意：要从 rzx'2y'2x2y2x' xy'y
出发求光程差 2z
2z
z
x1 d/2 x2 d/2 y1 y2 0 zD
r1Dd2 2D /4x'2 2 D y'2x'd D /2
由于： ______ ______
S1N S2N
有：n1S __M 2__n_M __ 2N _2__n_ 2S _2_N _2____
_____ ______________
n1SM 1nM1N1n2S1N1
_____ _______ _____ _______
(n1SM 2nM2N2)(n1SM 1nM1N1)
精选PPT
16
3）双棱镜的条纹特征
x
S1
S
S2
n1 M 1 N 1 n2
M n N
M 2 N 2
r2
r1
P
B
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.
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
杨氏双缝干涉实验PPT课件
解: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
k
D d
红
x(k 1)紫
(k
1)
D d
紫
35
例10 双缝间的距离d=0.25mm,双缝到屏幕的距离Ｄ
=50cm,用波长4000Å～7000Å的白光照射双缝，求第2级明
第 k 级明条纹处，其厚度 h 为
h
多少？
r1
r2
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 h nh) r1
当光程差为零时，对应 零条纹的位置应满足：
r2 r1 ( n 1 )h 0
所以零级明条纹下移
31
原来k级明条纹位置满足：
S1
r2 r1 k
S2
设有介质时零级明条纹移到原来
解 ｛1｝d= 1.2 mm
e D 500 5.893 104 0.25 mm
d
1.2
d=10 mm
e D 500 5.893 104 0.030 mm
d
10
｛2｝ e 0.065mm
双缝间距d为
d D 500 5.893 10 4 4.5 mm
e
0.065
34
例9 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的 彩色光谱？
不加透明薄片时，出现第3 级明纹的条件是： r2 r1 3
由以上两式可得： ( n 1)e 3
n
3 e
1
3 550109 2.58 106
1 1.58
是云母片。
30
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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、测钠光波长数据表
次数△x(mm)d(mm)l(mm)
(nm) 1
2
3
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。
2、测得钠光波长平均值：λ¯=
钠黄光波长公认值（或称标准值）：
3、绝对误差△λ=｜λ¯｜=
4、相对误差=(△λ/×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。