单缝衍射、双缝干涉实验
光的干涉与衍射实验杨氏双缝实验单缝衍射和干涉条纹的观察
光的干涉与衍射实验杨氏双缝实验单缝衍射和干涉条纹的观察光的干涉与衍射实验在光学领域中，光的干涉与衍射实验是一项重要的实验，它揭示了光的波动性质以及光的干涉和衍射现象。
其中，杨氏双缝实验、单缝衍射和干涉条纹的观察是最经典的实验之一。
一、杨氏双缝实验杨氏双缝实验是由英国科学家杨振宁在1801年首次进行的，这个实验旨在观察光的干涉现象。
实验的设备包括一个发光源、两个紧密并列的细缝（即双缝）和一个屏幕。
通过调整光源的位置和缝隙的宽度，可以改变实验中的干涉条纹。
当光通过双缝时，每个缝都成为一个次级光源，二者发出的光波会在屏幕上干涉。
在干涉现象中，如果两条光波的相位相差一些整数倍的波长，它们将会相长干涉；如果相位相差一些半整数倍的波长，它们将会相消干涉。
这种干涉会在屏幕上形成一系列亮暗相间的干涉条纹。
通过观察这些干涉条纹，可以确定光波的波长以及光的波动性质。
二、单缝衍射单缝衍射是另一个经典的光学实验，它揭示了光波通过一个缝隙后发生的衍射。
在单缝衍射实验中，有一个单个细缝和一个屏幕。
光源发出的光波经过单缝后，将在屏幕上形成衍射图样。
与杨氏双缝实验相比，单缝衍射形成的图样通常比较宽且中央明亮。
这是因为光波通过单缝后，会以圆形波前扩展出去，形成中央亮度较高的主衍射峰。
同时，还会形成两侧的辅助衍射峰，它们随着距离主峰的增大而逐渐减弱。
通过观察这些衍射图样，我们可以了解光波的传播特性以及缝隙的尺寸等信息。
三、干涉条纹的观察无论是杨氏双缝实验还是单缝衍射实验，干涉条纹的观察都是实验的重点之一。
干涉条纹是指在干涉现象中，光的亮暗交替的条纹状分布。
通过调整实验装置，使得光波的相位差能够明确地控制，可以观察到干涉条纹的变化。
当两个光波的相位差为零时，即相长干涉时，观察到的条纹最为明亮；当相位差为半波长时，即相消干涉时，观察到的条纹最暗。
通过观察干涉条纹的变化，可以推断出光的波长和相位差等信息。
在实际应用中，干涉和衍射的原理广泛应用于光学仪器、光学信息处理以及光学成像等领域。
单缝衍射、双缝干涉实验
成绩国际教育学院实验报告（操作性实验）课程名称：电磁场与电磁波实验题目：单缝衍射、双缝干涉实验指导教师：-班级：- 学号：- 学生姓名：-一、实验目的和任务观察单缝衍射的现象。
观察双缝干涉的现象。
二、实验仪器及器件分度转台1台，喇叭天线1对，三厘米固态信号发生器1台，晶体检波器1个，可变衰减器1个，读数机构1个，微安表1个，单缝板和双缝板各一块。
三、实验内容及原理1）单缝衍射实验的原理实验的原理见图1：当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。
在缝后面将出现的衍射波强度不是均匀的，中央最强，同时也最宽，在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时的衍射角为，其中λ是波长，a是狭缝宽度。
两者取同一单位长度，然后，随着衍射角增大，衍射波宽度又逐渐增大，直至一级极大值，角度为。
2）双缝干涉实验的原理见图2：当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上时，则每一条狭缝就是次级波波源。
由于两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板背后面的空间中，将产生干涉现象。
当然，电磁波通过每个缝也有狭缝现象。
因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。
为了研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射相互干涉的结果，令双缝的缝宽a 接近λ，例如：λ=32 mm，a=40 mm，这时单缝的一级极小接近53∘。
因此，取较大的b则干涉强度受单缝衍射影响大。
干涉加强的角度为, k=1,2,…干涉减弱的角度为, k=1,2,…图1 单缝衍射实验图2 双缝衍射实验四、实验步骤单缝衍射实验步骤1：根据图3，连接仪器。
调整单缝衍射板的缝宽。
步骤2：把单缝板放在支座上，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻度线相一致，此刻线应与工作平台上的90∘刻度的一对刻线对齐。
步骤3：转动小平台，使固定臂的指针指在小平台的180∘线处，此时小平台的0∘线就是狭缝平面的法线方向。
步骤4：调整信号电平，使活动臂上的微安表示数接近满度。
单缝衍射与双缝干涉
实验Experiment P58:Light Intensity inDouble-Slit and Single-Slit DiffractionPatterns双缝和单缝衍射斑的光强Concept: interference 概念：干涉，衍射Time: 45 m 时间：45分钟SW Interface: 500,700 or 750科学工作室接口：500,700或750 Macintosh file: P58 Diffraction Patterns Windows file:EQUIPMENT NEEDED 所需仪器1. Science Workshop Interface科学工作室接口2. Light Sensor CI－6504A 光传感器 CI－6504A3. Rotary Motion Sensor (RMS) CI－6538 旋转运动传感器 CI－6538(RMS)4. Slit Accessories OS－8523 单缝，双缝和多缝5. Laser OS－8525 激光器6. Aperture Bracket OS－8534 光传感器支架7. Linear Translator OS－8535 线性运动附件（用于RMS）8. 1.22 m Optics Track 1.22米光轨PURPOSE 目的The purpose of this laboratory activity is to investigate the wave nature of light by studying diffraction patterns. 本实验的目的是通过衍射斑研究光的波动性。
Theory: Part One 理论：第一部分In 1801, Thomas Young obtained convincing evidence of the wave nature of light. Light from a single source falls on a slide containing two closely spaced slits. If light consists of tiny particles (or “corpuscles” as described by Isaac Newton), we might expect to see two bright lines on a screen placed behind the slits. Young observed a series of bright lines. Young was able to explain this result as a wave interference phenomenon. Because of diffraction, the waves leaving the two small slits spread out from the edges of the slits. This is equivalent to the interference pattern of ripples produced when two rocks are thrown into a pond. 1801年，Thomas Young获得了光具有波动性的有力证据。
光的干涉衍射综合实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除光的干涉衍射综合实验报告篇一：实验报告之仿真(光的干涉与衍射)大学物理创新性试验实验项目：单缝﹑双缝﹑多缝衍射现象仿真实验专业班级：材料成型及控制工程0903班姓名：曹惠敏学号：09020XX97目录1光的衍射2衍射分类3实验现象4仿真模拟5实验总结光的衍射光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。
光的衍射现象是光的波动性的重要表现之一.波动在传播过程中,只要其波面受到某种限制,如振幅或相位的突变等,就必然伴随着衍射的发生.然而,只有当这种限制的空间几何线度与波长大小可以比拟时,其衍射现象才能显著地表现出来.所有光学系统,特别是成像光学系统,一般都将光波限制在一个特定的空间域内,这使得光波的传播过程实际上就是一种衍射过程.因此,研究各种形状的衍射屏在不同实验条件下的衍射特性,对于深刻理解衍射的实质,研究光波在不同光学系统中的传播规律分析复杂图像的空间频谱分布以及改进光学滤波器设计等具有非常重要的意义.随着计算机技术的飞速发展,计算机仿真已深入各种领域。
光的干涉与衍射既是光学的主要内容,也是人们研究与仿真的热点。
由于光波波长较短,与此相应的复杂形状衍射屏的制作较困难,并且实验过程中对光学系统及环境条件的要求较高.因而在实际的实验操作和观察上存在诸多不便.计算机仿真以其良好的可控性、无破坏、易观察及低成本等优点,为数字化模拟现代光学实验提供了一种极好的手段.本次实验利用mATLAb软件实现对任意形状衍射屏的夫琅禾费衍射实验的计算机仿真。
衍射分类⒈菲涅尔衍射菲涅尔衍射：入射光与衍射光不都是平行光的衍射。
惠更斯提出，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。
菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点p的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加，称为惠更斯－菲涅尔原理。
探索光的衍射和干涉现象：单缝和双缝实验
衍射原理：光在传播过程中 遇到障碍物时，会绕过障碍 物继续传播，形成衍射现象
单缝衍射公式：描述衍射现 象的数学公式，可以计算衍
射条纹的强度和位置
单缝衍射的定量分析
单缝衍射公式： I=I0*sin^2(π
a/λ)
单缝衍射图样： 中央亮条纹，
两侧暗条纹
单缝衍射实验： 使用单缝，观
06 实 验 注 意 事 项 和 安 全防范措施
Part One
单击添加章节标题
Part Two
光的衍射和干涉现 象概述
光的波动性
光的衍射：光通 过狭缝或小孔时 发生的弯曲现象
光的干涉：两束 或两束以上的光 相遇时产生的明 暗条纹
光的波长：光的 波动性的重要参 数，决定了光的 颜色和频率
光的相位：光的波 动性的另一个重要 参数，决定了光的 干涉和衍射效果
双缝干涉的定量分析
双缝干涉条纹 的间距：与波 长和缝间距有
关
双缝干涉条纹 的亮度：与缝 间距和光强有
关
双缝干涉条纹 的宽度：与缝 间距和波长有
关
双缝干涉条纹 的对称性：与 缝间距和光强
有关
双缝干涉的应用
光学仪器：如显微镜、望远镜等，利用双缝干涉原理提高成像质量 光通信：利用双缝干涉原理实现高速、大容量的光纤通信 量子力学：双缝干涉实验是量子力学的重要实验之一，用于验证量子力学的基本原理 光学测量：利用双缝干涉原理进行精密测量，如厚度、折射率等参数的测量
结果展示：使用图 表、图形等方式直 观展示实验结果和 分析结果
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光的衍射和干涉现象： 单缝和双缝实验
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物理教学教案：双缝干涉与单缝衍射实验
实验结果与结论
双缝干涉实验中，光通过两个小缝隙后形成明暗相间的干涉条纹
干涉条纹的宽度与光波长成正比，干涉条纹的亮度与光强成正比
通过测量干涉条纹的间距，可以验证光的波动性，并计算出光波的波长
双缝干涉实验是光学中非常重要的实验之一，对于理解光的本质和波动光学的基本原理具有 重要意义
实验目的
探究单缝衍射现象
干涉条纹的形成：通过双缝衍射产生的光波在屏幕上叠加，形成明暗相间的干涉条纹， 条纹的位置与光波的波长、双缝的间距和双缝到屏幕的距离等因素有关。
实验意义：双缝干涉实验是光学中的基本实验之一，是研究光波动性质的重要实验之 一，对于理解光的波动性质和衍射现象具有重要意义。
实验步骤
准备实验器材：双缝干涉装置、光源、测量工具等 调整光源：确保光源平行于双缝干涉装置 调整双缝间距：确保双缝间距相等且平行 观察干涉条纹：观察并记录干涉条纹的位置和分布情况
教学内容与方法设计
教学内容：双缝 干涉与单缝衍射 实验的基本原理、 实验操作步骤和 实验结果分析
教学方法：采用讲 解、示范、实验操 作相结合的方式， 引导学生观察实验 现象，理解实验原 理，掌握实验操作 技能
教学重点与难点： 重点为双缝干涉 与单缝衍射实验 的基本原理和实 验操作步骤；难 点为实验结果的 分析和解释
加深理论理解：实验结果可以帮助学生更 好地理解干涉和衍射的理论知识，使抽象 的概念更加具体化。
培养观察和分析能力：实验过程中需要学 生仔细观察、记录数据，并对其进行分析， 从而提高学生的观察力和分析能力。
激发学习兴趣：有趣的实验可以吸引学生 的注意力，激发他们对物理学的兴趣和好 奇心。
实验在科学研究中的应用与影响
将光源照射到单 缝上，观察并记 录衍射现象。
光的干涉与衍射双缝干涉与单缝衍射
光的干涉与衍射双缝干涉与单缝衍射光的干涉和衍射是光的波动性质的重要现象，它们反映了光的波动本质和波粒二象性。
其中，双缝干涉和单缝衍射是两个经典的实验现象，分别展示了这两种现象的特点和应用。
一、双缝干涉1. 实验装置双缝干涉实验常用的实验装置包括光源、狭缝和屏幕。
光源可以是激光器或者单色光源，产生单色、相干的光。
狭缝可以是两个平行的细缝，将光分为两束。
屏幕放置在狭缝后方，接收光的干涉图样。
2. 干涉原理当单色光通过狭缝之后，形成的两束光在屏幕上干涉。
干涉是由于光的波动性质引起的。
当两束光相遇时，如果它们的光程差为整数倍的波长，就会产生相长干涉；如果光程差为半波长的奇数倍，就会产生相消干涉。
3. 干涉图样在屏幕上形成的干涉图样通常是一组明暗相间的条纹，称为干涉条纹。
干涉条纹的中央位置亮度最大，称为中央最大亮度；两边条纹的亮度逐渐减弱直至归零，称为暗条纹。
这些干涉条纹的分布规律与狭缝间距、入射光波长有关。
4. 应用双缝干涉广泛应用于科学研究和技术领域。
例如，利用双缝干涉可以测量光的波长、确定光源的相干性、研究光的相位和波动性质等。
此外，双缝干涉也被应用于激光干涉仪、光栅等光学仪器中。
二、单缝衍射1. 实验装置单缝衍射实验也需要光源、狭缝和屏幕。
不同的是，在单缝实验中，只使用一个细缝。
其他实验装置和双缝干涉相似。
2. 衍射原理当单色光通过狭缝之后，光线会被衍射，产生衍射波前。
由于衍射的效应，波前的形状会产生弯曲，光会沿着不同的方向传播。
这是光的波动性质的体现。
3. 衍射图样在屏幕上形成的图样通常是中央亮度最强，两边逐渐减弱的条纹。
与双缝干涉不同的是，单缝衍射的图样中只有中央亮度最强的主极大和两边的次极大，没有明显的暗条纹。
4. 应用单缝衍射也有一些应用，例如粒子大小测量、光的衍射成像等。
此外，单缝衍射也在研究光的传播特性、衍射的现象等方面有着重要作用。
结论光的干涉和衍射是光的波动性质的重要现象，分别由双缝干涉和单缝衍射实验予以展示。
单缝衍射和双缝干涉条纹比较
0
1
arcsin .
a
a
单缝衍射明纹角宽度和线宽度
角宽度 相邻两暗纹中心对应的衍射角之差
线宽度 观察屏上相邻两暗纹中心的间距
观测屏
透镜
x2
1
x1
x1
1 o
x0
0
x1
衍射屏
f
中央明纹 角宽度 0 21 2λ a 线宽度 x0 2 f tan1 2 f1 2 f λ a
.
t+t 时刻波阵面 ut
t 时刻波阵面
t+t 时刻波阵面
ut t 时刻波阵面
.
菲涅耳原理：从同一波阵
面上各点所发出的子波，经传 播而在空间某点相遇时，也可 相互迭加而产生干涉现象。
.
dE F (Q)k() dS cos(t 2r )
r
F (Q) 取决于波面上ds处的波强度,
ds
n k ( ) 为倾斜因子.
A B**
d
.
爱里斑
S1 S2
能分辨
E
A2 A1
.
E
S1
A2
S2
A1
不能分辨
最小分辨角 E
S1
R
A2
S2
A1
恰能分辨
.
爱里斑
瑞利判据：当一个像点的爱里 斑的中心刚好与另一个像点衍射 图样的第一级暗环位置重合时， 两个物点恰好能为这一光学仪器 所分辨。
.
瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中 央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第 一个最暗处相重合，认为这两个点光源恰好 能为这一光学仪器所分辨。
相邻窄带的相位差为 N .
令P 处的合振幅为 Ep
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成绩
国际教育学院实验报告
（操作性实验）
课程名称：电磁场与电磁波
实验题目：单缝衍射、双缝干涉实验指导教师：-
班级：- 学号：- 学生姓名：-
一、实验目的和任务
观察单缝衍射的现象。
观察双缝干涉的现象。
二、实验仪器及器件
分度转台1台，喇叭天线1对，三厘米固态信号发生器1台，晶体检波器1个，可变衰减器1个，读数机构1个，微安表1个，单缝板和双缝板各一块。
三、实验内容及原理
1）单缝衍射实验的原理实验的原理见图1：当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。
在缝后面将出现的衍射波强度不是均匀的，中央最强，同时也最宽，在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时的衍射角为，其中λ是波长，a是狭缝宽度。
两者取同一单位长度，然后，随着衍射角增大，衍射波宽度又逐渐增大，直至一级极大值，角度为。
2）双缝干涉实验的原理见图2：当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上时，则每一条狭缝就是次级波波源。
由于两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板背后面的空间中，将产生干涉现象。
当然，电磁波通过每个缝也有狭缝现象。
因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。
为了研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射相互干涉的结果，令双缝的缝宽a 接近λ，例如：λ=32 mm，a=40 mm，这时单缝的一级极小接近53∘。
因此，取较大的b则干涉强度受单缝衍射影响大。
干涉加强的角度为, k=1,2,…
干涉减弱的角度为, k=1,2,…
图1 单缝衍射实验图2 双缝衍射实验
四、实验步骤
单缝衍射实验
步骤1：根据图3，连接仪器。
调整单缝衍射板的缝宽。
步骤2：把单缝板放在支座上，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻度线相一致，此刻线应与工作平台上的90∘刻度的一对刻线对齐。
步骤3：转动小平台，使固定臂的指针指在小平台的180∘线处，此时小平台的0∘线就是狭缝平面的法线方向。
步骤4：调整信号电平，使活动臂上的微安表示数接近满度。
从衍射角0∘开始，在单缝的两侧，衍射角每改变1∘，读取微安表示数，并记录下来。
步骤5：画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线。
双缝干涉实验
实验步骤与单缝衍射实验的一样，但所用的是双缝板而不是单缝板。
图3 单缝衍射实验的仪器布置
图4 单缝衍射实验实物布置
图5 双缝衍射实验实物布置五、实验测试数据表格记录
表1单缝衍射实验的数据记录表
衍射角φ1 电流Ι衍射角φ2 电流Ι
0 65 0 65
2 60 -2 61
4 57 -4 58
6 58 -6 60
8 53 -8 58
10 55 -10 56
12 60 -12 57
14 56 -14 60
16 50 -16 54
18 54 -18 50
20 53 -20 54
22 56 -22 53
24 54 -24 53
26 50 -26 50
28 52 -28 50
30 52 -30 55
32 56 -32 58
34 54 -34 57
36 50 -36 52
38 46 -38 48
40 43 -40 46
42 40 -42 44
44 37 -44 40
46 32 -46 32
48 24 -48 23
50 15 -50 16
表2双缝干涉实验的数据记录表
衍射角φ1 电流Ι衍射角φ2 电流Ι
0 46.2 0 46.2
2 40 -2 47.7
4 34.
5 -4 46.7
6 32.3 -6 42.2
8 32.2 -8 42.1
10 33.7 -10 36.2
12 34.2 -12 33.5
14 34.2 -14 34.2
16 36.7 -16 37.1
18 39.2 -18 39.5
20 43.2 -20 40.2
22 49.6 -22 40.7
24 51.8 -24 40
26 56.2 -26 41.6
28 56.2 -28 43
30 54.2 -30 47.8
32 50.2 -32 51.2
34 46.3 -34 46.5
36 44.2 -36 41.9
38 44.2 -38 37.8
40 46.3 -40 34.4
42 53.3 -42 31.7
44 61.5 -44 36.5
46 68.9 -46 42.5
48 72.5 -48 42.5
50 71.7 -50 42.1
）。
在上述表格1和2中，衍射角φ1单位为度（o），电流Ι的单位为微安（A
六、实验数据分析及处理
将表1和表2的数据绘制成图像，得到如下所示图6图7：
图6单缝衍射实验的数据曲线
在单缝衍射实验中，已知λ=32mm，a=40mm，因此可以得到：
零级极小的衍射角为
∘
一级极大的衍射角为
在图6的左半部，单缝衍射的零级极大在25∘附近；右半部，零级极大在24∘附近。
而50∘以后的数据本次实验未测出，但可以观察到在50∘衍射波的强度有衰减至零的趋势，与理论情况相符。
在没有时间限制的情况下，实验应当尽量多测几组数据。
图7双缝干涉实验的数据曲线
在双缝干涉实验中，已知λ=32mm，a=50mm，b=30mm，则有：
干涉减弱发生的角度为∘
干涉增强发生的角度为∘
图7的左半部，双缝干涉减弱发生在14∘附近，增强发生在28∘附近；
图5的右半部，双缝干涉减弱发生在12∘附近，增强发生在25∘附近。
可见，实际情况与理论基本相近。
而实验数据中极大值和极小值的度数均比理论值稍大一些，其可能原因有以下几点:
1、由于实验对周围环境要就较高，而实验室人太多，导致反射过多，手臂的晃动对度数的大小都有影响，所以很可能对度数造成了误差;
2、由于双缝衔射板的度数不是很精确，调双缝宽度的时候可能造成较大的误差;
3、仪器的喇叭天线有些松动，旋转转动臂时可能因晃动而造成误差。
七、实验结论与感悟（或讨论）
（总结实验；对实验的感受和领悟；以及对实验中某些问题、现象、方法、数据、结果等等内容的讨论。
）
本实验包括单缝衍射实验和双缝干涉实验，通过这两个实验，我了解了该仪器的原理和构造，学会了运用该仪器。
由于实验数据比较多，读数要耐心专心，而且实验前最好学习有关单缝衍射的相关知识这样才能更好的判断数据的准确度，同时对之后的数据分析也有很大的帮助。
在实验数据处理时，要结合实验原理进行深入理解，并认真分析误差和实验影响因素。