杨氏双缝干涉实验全版.ppt
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杨氏双缝干涉实验 ppt课件
x明 k d
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。
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
杨氏双缝干涉条纹的特点PPT精选文档
d
39
薄透镜的等光程性
从物点S发出的光经透镜L后能会聚成一个明亮的像点S´，而平行光通 过透镜后也能会聚于焦平面上形成一亮点，说明同相位的光经透镜后到 达会聚点时仍是同相位的，即薄透镜不会对光产生附加的光程差； 解释：通过透镜中部的光其几何路径最短，但它却通过透镜最厚的地方， 在越边缘的光通过透镜的厚度越小．由于在透镜中的光程是透镜外的n 倍，所以中部透镜中的光程补偿了该光路在透镜外较短的光程; 薄透镜不会产生附加的光程差，通过薄透镜的近轴光线具有等光程性。
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。
13
波源
S1
分波阵面法
S
14
相干光的产生方法： 分振幅法
n=-5
20
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；
2.
条纹间距：x
D 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。
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;
2d
☺相邻两明纹或暗纹间的距离为： x D 19
d
说明：
n=5
n=4
1. x=0时，对应于零级明条纹; n=3
光程差=0;
n=2
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；
39
薄透镜的等光程性
从物点S发出的光经透镜L后能会聚成一个明亮的像点S´，而平行光通 过透镜后也能会聚于焦平面上形成一亮点，说明同相位的光经透镜后到 达会聚点时仍是同相位的，即薄透镜不会对光产生附加的光程差； 解释：通过透镜中部的光其几何路径最短，但它却通过透镜最厚的地方， 在越边缘的光通过透镜的厚度越小．由于在透镜中的光程是透镜外的n 倍，所以中部透镜中的光程补偿了该光路在透镜外较短的光程; 薄透镜不会产生附加的光程差，通过薄透镜的近轴光线具有等光程性。
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。
13
波源
S1
分波阵面法
S
14
相干光的产生方法： 分振幅法
n=-5
20
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；
2.
条纹间距：x
D 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。
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;
2d
☺相邻两明纹或暗纹间的距离为： x D 19
d
说明：
n=5
n=4
1. x=0时，对应于零级明条纹; n=3
光程差=0;
n=2
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；
《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.
51杨氏双缝干涉精品PPT课件
原理: 光源可以看成由许多彼此独立的线光源组成，
它们不相干.总的干涉条纹为各个条纹光强的 非相干叠加.
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（5）光源大小对干涉条纹的影响
对于具有一定尺度的光源来说，它所发出的
光波波阵面沿垂直于波线方向上并不是任意两
处的光都产生干涉，只有来自两点距离小于某
一值的光才是相干的. 我们把这一特性称为光
─真空中波长
介质 中
介 质
v
a· b·Ｌn2 L 2 nLn
n─ 介质中波长
1. 光程 nL
光在折射率为n 的介质中通过几何路程 L 所产生的相位变化相当于光在真空中通过 nL 的路程发生的相位变化.
激发态
基态
由于普通光源中大量原子发 出波列具有独立、偶然、间歇 的特点，很难同时满足相干条 件，故不能构成相干光源.
一、相干光
4.如何获得相干光 ?
将普通光源的同一束光分割为两束或多束， 使之经不同路径后相遇而产生干涉现象。
基本方法：分波阵面法、 分振幅法、 分振动面法
杨氏双缝干涉
薄膜干涉
二、杨氏双缝干涉
场的空间相干性.
光源到双缝的距离
双缝间距
dl
b
能发生干涉的光 源的极限宽度
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
光的衍射的影响
光源非单色性的影响
I
I0
I0 2
O
2
2
max
k
2
三、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
空间光强分布：
II1I22I1I2cos
它们不相干.总的干涉条纹为各个条纹光强的 非相干叠加.
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（5）光源大小对干涉条纹的影响
对于具有一定尺度的光源来说，它所发出的
光波波阵面沿垂直于波线方向上并不是任意两
处的光都产生干涉，只有来自两点距离小于某
一值的光才是相干的. 我们把这一特性称为光
─真空中波长
介质 中
介 质
v
a· b·Ｌn2 L 2 nLn
n─ 介质中波长
1. 光程 nL
光在折射率为n 的介质中通过几何路程 L 所产生的相位变化相当于光在真空中通过 nL 的路程发生的相位变化.
激发态
基态
由于普通光源中大量原子发 出波列具有独立、偶然、间歇 的特点，很难同时满足相干条 件，故不能构成相干光源.
一、相干光
4.如何获得相干光 ?
将普通光源的同一束光分割为两束或多束， 使之经不同路径后相遇而产生干涉现象。
基本方法：分波阵面法、 分振幅法、 分振动面法
杨氏双缝干涉
薄膜干涉
二、杨氏双缝干涉
场的空间相干性.
光源到双缝的距离
双缝间距
dl
b
能发生干涉的光 源的极限宽度
二、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
光的衍射的影响
光源非单色性的影响
I
I0
I0 2
O
2
2
max
k
2
三、杨氏双缝干涉
讨论：
（6）为什么用普通光源只在中央明条纹附近较小 的范围内看到干涉条纹？
空间光强分布：
II1I22I1I2cos
波动光学第1讲——光的干涉 杨氏双缝干涉.ppt
三棱镜 滤光片 激光器件
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
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
杨氏双缝干涉实验(课堂PPT)
分波面与分振幅
1
2
一、 杨氏双缝干涉
1、 杨氏双缝干涉实验装置
双缝
s
s1
2ao
s2
2a
r1 r2
D
D 2a
D
红光入射
观察屏
Bp
x
o
白光入射
x
3
2、干涉条纹
r2 r1 r
s 2asin
D 2a
s1
2a
o
r1
r2
p
x
o
sin tan x / D
2a tan 2a x
s 2 r
D
D
2a x k
D
干涉加强
x k D
2a
明纹中心
k 0,1,2,
x0 0 中央明纹
x1
D
2a
一级明纹
D
x2 a
二级明纹┄┄
2a
x D
(2k
1)
2Leabharlann 干涉减弱 x (2k 1) D
4a
暗纹中心 k 0,1,2,
x1
D
4a
一级暗纹
x2
3D
4a
二级暗纹 ┄┄
4
一、杨氏双缝干涉
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,
5
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：
1
2
一、 杨氏双缝干涉
1、 杨氏双缝干涉实验装置
双缝
s
s1
2ao
s2
2a
r1 r2
D
D 2a
D
红光入射
观察屏
Bp
x
o
白光入射
x
3
2、干涉条纹
r2 r1 r
s 2asin
D 2a
s1
2a
o
r1
r2
p
x
o
sin tan x / D
2a tan 2a x
s 2 r
D
D
2a x k
D
干涉加强
x k D
2a
明纹中心
k 0,1,2,
x0 0 中央明纹
x1
D
2a
一级明纹
D
x2 a
二级明纹┄┄
2a
x D
(2k
1)
2Leabharlann 干涉减弱 x (2k 1) D
4a
暗纹中心 k 0,1,2,
x1
D
4a
一级暗纹
x2
3D
4a
二级暗纹 ┄┄
4
一、杨氏双缝干涉
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,
5
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：
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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
..。.. d
0.2
..。..
d
..。..
例3、
中央明纹上移
..。..
例4、
..。..
例5、
..。..
二、分波阵面干涉的其他实验
1.菲涅耳双面镜
P
M1
sL
s1
d
s2
o
M2
D
..。..
2.劳埃德镜
P'
P
s1
d
s2
ML
D
当P移动到P/时屏与反射镜M接触,由于半波损失,接触处为暗纹。
d
x
D2
k
加强
明纹公式x （k - 1）D
2d
..。..
总结杨氏双缝干涉
d
x D
k
加强
明纹公式x k D
d 条纹间距 x D
d
2a
x D
2
k
加强
明纹公式x （k - 1）D
2 2a
P
M1 s L
P
s1
2a
M
s1
2a
x
s2
o M2
s2
D
..。..
D
例6 在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光 光源，它的波长范围为 = 100 nm，平均波长为 = 490 nm. 试估算从第几级开始，条纹将变得无法分辨。
Δx 间距：条纹均匀分布，等间距。
形状：明暗相间的直条纹(平行于缝)
-1级 -2级
级次：中间条纹级次低,以0级明纹为中心，两边对称。
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..ห้องสมุดไป่ตู้..
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4 白光入射（多种波长光） 0级明纹为白色， 其余明纹为彩色条纹 。 k级彩色亮纹所在的位置坐标
同一级波长越长x越大，越向外扩展 红 紫 红紫 白 紫红 紫 红
k = -2 k = -1 k =0
k =1
k =2
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暗纹公式
d
x D
(2k
1)
2
x (2k 1) D
2d
第五级暗纹 k 4
x 9D
2d
注意：当缝间距为d时
暗纹公式 x (2k 1) D k =1,2,3…
2d
明纹公式 x k D
d
k =0,1,2,3…
..。条.. 纹间距
x D
分波面与分振幅
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一、 杨氏双缝干涉
1、 杨氏双缝干涉实验装置
双缝
s
s1
2ao
s2
2a
r1 r2
D
D 2a
D
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红光入射
观察屏
Bp
x
o
x
白光入射
2、干涉条纹
r2 r1 r
s 2asin
D 2a
s1
2a
o
r1
r2
p
x
o
sin tan x / D
2a tan 2a x
s 2 r
D
D
2a x k
D
干涉加强
x k D
2a
明纹中心
k 0,1,2,
x0 0 中央明纹
x1
D
2a
一级明纹
D
x2 a
二级明纹┄┄
2a
x D
(2k
1)
2
干涉减弱 x (2k 1) D
4a
暗纹中心 k 0,1,2,
x1
D
4a
一级暗纹
x2
3D
4..a。..
二级暗纹 ┄┄
一、杨氏双缝干涉