12-1、2光波干涉条件和杨氏干涉实验
物理光学-第十一章光的干涉和干涉系统
双光束干涉： I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos k∆
1.光程差计算
∆ = n( AB + BC) − n′AN 其中： AB = BC = h cosθ 2
n'
AN = AC sin θ1 = 2htgθ 2 sin θ1 n′ sin θ1 = n sin θ 2
n
29
π phase change
对于亮条纹，∆＝mλ；有： mλ
(
x2
) (d 2 ) + (mλ 2 ) 2
2 2
−
y2 + z2
2
=1
15
局部位置条纹
在三维空间中，干涉结果：
等光程差面
16
§11－3 干涉条纹的可见度 － The visibility (contrast) of interference fringes
可见度(Visibility, Contrast)定义： 定义： 可见度 定义 K = (IM − Im ) (IM + Im )
干涉项 I12 与两个光波的振动方向 ( A1 , A 2 ) 和位相 δ有关。
5
干涉条件（必要条件）： 干涉条件（必要条件）：
(1)频率相同， 1 − ω2 = 0; ω (2)振动方向相同，1 • A2 = A1 A2 A (3)位相差恒定，1 − δ 2 = 常数 δ
注意：干涉的光强分布只与光程差 k • (r1 − k 2 ) 有关。
1
干涉现象实例（ Examples） 干涉现象实例（Interference Examples）
2
2
3
二、干涉条件 一般情况下， 一般情况下，
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。
杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验纵观光的干涉现象，他具有非常漫长的发展历史，其原因是光波的波长非常短。
1801年，英国物理学家托马斯·杨用杨氏双缝干涉实验证明了干涉现象。
他让太阳光通过一个小针孔S ，然后在距离针孔S 相当远的距离处，。
通过这再让光通过2个针孔S 1及S 2。
通过这2个针孔S 1及S 2的球面光波发生干涉，从而在观察屏上形成变化的对称状图样。
因为光源太阳非常远，所以入射于S 孔的光波波前是平面波前。
在这个实验中，一个波前被分为两个波前，从而得到两束干涉光束。
如图1，在垂直于纸平面的方向置一小孔S ，由一定距离处的单色光源（通常采用钠光灯）照明通过针孔S 后的光再通过两针孔S 1和S 2。
S 1和S 2平行于S ，也垂直于纸平面。
S 1和S 2距离约半毫米，并且他们到S 的距离相等。
由S 1和S 2辐射的波将在像屏L 上出现干涉图样。
由图中可以看出，该装置的光程差?r = r 2- r 1，可得?r=0dy r 当?r=02k dy 2=r 2k+12λ?±λ?±?? 干涉加强（）干涉削弱（k=0，1，2……）（1）由（1）式我们可以求得：00r k d y=r 2k+12d ?±λλ?±??明纹中心（）暗纹中心（k=0，1，2……）（2）图1 杨氏双缝干涉实验示意图由（2）式可以求得相邻明（暗）条纹间距为0r y=dλ?。
所以杨氏双缝实验所成的干涉图像为平行与缝的等亮度，等间距，明暗相间的条纹。
当挡住S 1和S 2任何一个，明暗条纹消失，这证明了光的波动性。
因此杨氏双缝干涉实验是光的波动性的结论性证明。
如果用太阳光代替单色光，则出现彩色条纹。
干涉001
D x 1.5mm a
'
n
D ' D x 1.5 x' 1.125m m 4 a a n n 3
19
5 用波长为的单色光垂直照射置于空气中的厚度为e折射率为 n的透明薄膜，两束反射光的光程差=__________。 有半波损失
2ne
ax D
λ ’为入射光在介质中的波长
条纹间距为 Δ x=Dλ /(na)=Dλ ’/a
干涉条纹干涉条纹变密。S1源自a S2r1P
x
O
6
r2
例：根据条纹移动求缝后所放介质片的厚度 双缝干涉装置的一条狭缝后面盖上折射率为n=1.58的云母 片，屏幕上干涉条纹移动了9个条纹间距，已知波长λ =550nm， 求云母片的厚度。 解：未盖云母片时，零级明条纹在O点；S1缝后盖上云母片，光 线1的光程增大。由于零级明条纹所对应的光程差为零，所以 这时零级明条纹只有上移才能使光程差为零。依题意，S1缝盖 上云母片后，零级明条纹由O点移动到原来的第九级明条纹位 置P点，当 x<<D 时，S1发出的光可以近似看作垂直通过云母 片，光程增加为 (n-1)b，从而有 所以
P
2
2
(n 1)e
s2
(n 1)e k
k 3 500 1500 3 e 3000 nm 3 10 nm n 1 1.5 1 0.5
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4 在双缝干涉实验中，若双缝所在的平板稍微向下平移，其它 条件不变，则屏上的干涉条纹 （A）向下平移，且条纹间距不变。 （B）向上平移，且条纹间距不变。 [ A ]
明条纹：δ =n(r2-r1)=±kλ k=0,1,2,… 暗条纹：δ =n(r2-r1)=±(2k-1)λ /2 k=1,2,3,… 或 明条纹：r2-r1=xa/D=±kλ /n=±kλ ’ k=0,1,2,… 暗条纹：r2-r1=xa/D=±(2k-1)λ /2n =±(2k-1)λ ’ k=1,2,3,…
《光的干涉》课件人教版
5．图 1 是用单色光照射透明标准板，来检查 b 的上表面的平直情 况，观察到的现象如图 2 所示，则以下说法正确的是( D )
A．图 2 的图样是由于光从 a 的上表面和 b 的下表面反射后干涉的结果 B．图 2 的图样是由于光从 a 的上表面和 b 的上表面反射后干涉的结果 C．图 2 的图样说明 b 的上表面某处向上凸起 D．图 2 的图样说明 b 的上表面某处向下凹陷
课时训练
一、选择题 1．下列关于双缝干涉实验的说法正确的是( B ) A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源 B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源 C．用红光照射狭缝 S1，用紫光照射狭缝 S2，屏上将出现干 涉条纹 D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的 空间却没有干涉发生
解析 根据薄膜干涉产生的原理可知，图 2 的图样是由于光 从 a 的下表面和 b 的上表面反射后干涉的结果，故 A、B 两项错 误．薄膜干涉是等厚干涉，即亮条纹处空气膜的厚度相同；现在 向左弯曲，说明提前出现条纹，则说明 b 的表面某处向下凹陷， 故 C 项错误，D 项正确．
6．如图为单色光双缝干涉实验某一时刻的 波形，S1、S2 为双缝，实线和虚线分别表示各 缝发出的光的波峰和波谷．在此时刻，介质 中 A 点为波峰相叠加点，B 点为波谷相叠加 点，A、B 连线上的 C 点为某中间状态相叠加点．如果把屏分别 放在 A、B、C 三个位置，那么( A )
3．光的干涉条件 两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定． 4．干涉条纹间距：相邻两条亮条纹或暗条纹间的距离Δx＝ dl λ. 二、光的薄膜干涉及其应用 1．薄膜干涉：光照到薄膜上，从膜的前表面和后表面反射 回来的光再次相遇而产生的干涉现象．
2．常见的薄膜干涉现象：白光照射肥皂液膜出现彩色条纹、 蚌壳内表面透明薄膜上呈现各种色彩、有透明薄膜保护层的激光 唱片呈现彩色等．
光的干涉 实验：用双缝干涉测量光的波长(解析版)—2024-2025学年高二物理(人教版选修一)
光的干涉实验：用双缝干涉测量光的波长【五大题型】目录知识点1：光的双缝干涉 (1)【题型1 干涉条件及干涉图样的特点】 (2)知识点2：干涉条纹和光的波长之间的关系 (5)【题型2 干涉现象中亮、暗条纹间距的定性分析】 (5)【题型3 干涉现象中亮、暗条纹间距的定量计算】 (8)知识点3：薄膜干涉 (11)【题型4 薄膜干涉的理解与应用】 (12)知识点4：实验：用双缝干涉测量光的波长 (14)【题型5 用双缝干涉测量光的波长实验】 (15)知识点1：光的双缝干涉一、光的干涉1、干涉现象：若两列相干光在空间传播时相遇，将在相遇区域发生波的叠加，如果在某些区域加强，而在另一些区域减弱，且加强区域和减弱区域是相互间隔的，这种现象称为光的干涉现象。
产生的图样叫作干涉图样。
2、干涉条件：两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同能发生干涉的两列光称为相干光，两个光源称为相干光源。
相干光源可用同一束光分成两列而获得，称为分光法。
二、光的干涉图样1、振动加强的地方出现亮条纹，振动减弱的地方出现暗条纹。
2、亮条纹和暗条纹相互间隔。
3、亮条纹的位置和暗条纹的位置不随时间的变化而变化。
三、决定条纹亮暗的条件狭缝S 1和S 2相当于两个频率相位和振动方向都相同的波源，它们到屏上P 点的距离相同。
P 0是S 1S 2的中垂线与屏的相交点，P 1为屏上一点，光的波长为λ。
1、出现亮条纹的条件当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的偶数倍时（即恰好等于波长的整数倍时），两列光波在这点相互加强，这里出现亮条纹。
即()111220,1,22PS PS k k k λλ-==⋅=…。
2、出现暗条纹的条件当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的奇数倍时，两列光波在这点相互削弱，这里出现暗条纹。
即()()1112210,1,22PS PS k k λ-=+⋅=…。
【注】k =0时，1112PS PS =，此时P 1点位于屏上的P 0处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹。
光学实验报告杨氏干涉
一、实验目的1. 了解杨氏干涉实验原理，验证光的波动性。
2. 学习双缝干涉实验装置的组装和使用方法。
3. 掌握干涉条纹的观察、测量和分析方法。
二、实验原理杨氏干涉实验是英国物理学家托马斯·杨在1801年提出的。
实验原理是利用两个狭缝作为两个相干光源，通过光的干涉现象，在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。
根据光的波动理论，当两束光波在空间中相遇时，会发生干涉现象。
当两束光波的相位差为整数倍波长时，光波相互加强，形成亮条纹；当相位差为奇数倍半波长时，光波相互减弱，形成暗条纹。
三、实验装置1. 杨氏干涉实验装置包括：光源、单缝、双缝、屏幕、光具座等。
2. 实验装置的组装：将光源、单缝、双缝、屏幕依次安装在光具座上，确保各部件对齐。
四、实验步骤1. 调整光源，使光线垂直照射在单缝上。
2. 调整双缝与单缝的距离，使双缝与单缝对齐。
3. 调整屏幕与双缝的距离，使屏幕与双缝对齐。
4. 观察屏幕上的干涉条纹，并记录条纹的形状、间距等特征。
5. 改变双缝与单缝的距离，观察干涉条纹的变化，并记录数据。
6. 改变光源的波长，观察干涉条纹的变化，并记录数据。
五、实验结果与分析1. 在实验过程中，观察到屏幕上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距随着双缝与单缝距离的变化而变化。
2. 当双缝与单缝的距离增加时，干涉条纹间距增大；当双缝与单缝的距离减小时，干涉条纹间距减小。
3. 当光源的波长增加时，干涉条纹间距增大；当光源的波长减小时，干涉条纹间距减小。
根据实验结果，可以得出以下结论：1. 光的波动性得到了验证，因为干涉条纹的形成证明了光具有波动性质。
2. 干涉条纹间距与双缝与单缝的距离和光源的波长有关。
当双缝与单缝的距离增加或光源的波长增加时，干涉条纹间距增大；反之，干涉条纹间距减小。
六、实验讨论1. 实验过程中，观察到干涉条纹的对比度受到光源的非单色性和光具的成像质量等因素的影响。
2. 实验过程中，为了提高干涉条纹的对比度，可以采取以下措施：选择单色光源、减小光具的像差、调整光源和光具的位置等。
杨氏双缝干涉实验报告
一、实验目的1. 理解杨氏双缝干涉现象的基本原理。
2. 掌握杨氏双缝干涉实验装置的基本结构及光路调整方法。
3. 观察双缝干涉现象，并掌握光波波长的一种测量方法。
二、实验原理杨氏双缝干涉实验是托马斯·杨于1801年设计的一个经典实验，用以证明光的波动性质。
实验原理基于光的干涉现象，即当两束相干光波相遇时，它们会相互叠加，形成明暗相间的干涉条纹。
实验中，单色光通过两个非常接近的狭缝后，在屏幕上形成干涉条纹。
干涉条纹的形成是由于两束光波在经过狭缝后发生相位差，从而产生干涉现象。
根据干涉条纹的间距，可以计算出光波的波长。
三、实验器材1. 杨氏双缝干涉仪一台（WSY-6-0.5mm）2. 测微目镜一个（0.01mm）3. 钠灯光源一套4. 硬纸板一块5. 刻度尺一把6. 画笔一支四、实验步骤1. 将杨氏双缝干涉仪放置在实验台上，调整至水平状态。
2. 将钠灯光源置于干涉仪的一端，调整光源位置，确保光束垂直照射到狭缝上。
3. 使用测微目镜观察干涉条纹，调整狭缝间距和屏幕距离，使干涉条纹清晰可见。
4. 使用刻度尺测量干涉条纹的间距，记录数据。
5. 改变狭缝间距和屏幕距离，重复实验步骤，记录不同条件下的干涉条纹间距。
6. 分析实验数据，计算光波的波长。
五、实验结果与分析1. 通过观察干涉条纹，可以清晰地看到明暗相间的干涉条纹，证明了光的波动性质。
2. 根据干涉条纹的间距，可以计算出光波的波长。
实验结果显示，钠光的波长约为589nm。
3. 改变狭缝间距和屏幕距离后，干涉条纹间距发生变化，说明干涉条纹间距与狭缝间距和屏幕距离有关。
六、实验总结1. 杨氏双缝干涉实验成功地证明了光的波动性质，为光的波动理论提供了有力证据。
2. 实验过程中，通过调整狭缝间距和屏幕距离，可以观察到不同条件下的干涉条纹，加深了对干涉现象的理解。
3. 本实验为光波波长的一种测量方法，具有较高的精度。
七、注意事项1. 实验过程中，注意保持干涉仪的稳定，避免振动影响实验结果。