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专题试验研与创新指导老师：李静玲 组长：组员： 实 验 图 样 单缝干涉 双缝干涉 圆孔衍射 方孔衍射 光栅衍射 杨氏双缝干涉实验的改进: 实验原理: 空间两列波在相遇出要发生干涉现象,这两列波必须满足以下三个条件:振动方向相同;频率相同;相位差恒定。杨氏双缝干涉属于分波阵面干涉,实验原理如图1所示,用单色光照照射到开有小孔s的不透明的光阑上，透过小孔的光作为点光源，在点光源后面放置另一块光阑，开有两个很靠近的小孔s1和s2，它们构成一对相干光在屏幕p上显示出两束光的区出现一系列明暗相间的直条纹，即干涉条纹。通常，为了提高干涉条纹的亮度，S、S1和S2常用3条互相平行的狭缝来代替,而且不用接收屏，直接采用测微目镜来观测干涉条纹接收屏，直接采 图1 杨氏双缝干涉实验原理图 用测微目镜接收屏，直接采用测微目镜来观测干涉条纹［5］，还可以测量数据用以计算.各条纹都与狭缝平行，相邻条纹之间的距离彼此相等，中央条纹是明条纹.在这个实验中，杨氏巧妙地利用了惠更斯原理，当S、S1和S2都足够小时，S1和S2可以认为是两个从同一波阵面上S 的波面或波前上激发出来的两个小面元所构成的次级子波源， 因为它们都是从同一个光源S 而来的， 它们所发出的球面子波都有相同的频率、振动方向和恒定的相位关系［6］（如果S1和S2位于由S 发出的光波的同一个波面上， 那么它们永远有相同的相位），满足干涉条件，所以在它们交叠的区域中将出现明暗相间的干涉条纹.在图 1 中，S1和S2到S 的距离相等，S1和S2处的光振动具有相同的相位， 光屏上各点的干涉强度将由光程差Δ 决定. 为了确定光屏上光强极大和光强极小的位置，选取直角坐标系o-xyz，坐标系的原点O 位于S1和S2连线的中心，设光屏上任意点P 的坐标为（x，y，D），那么S1和S2到P 点的距离r1和r2分别写为：由于整个装置放在空气中，所以相干光S1和S2到达P 点的光程差为： (1) 又因为，dD，x和y也比D小很多,故(1)式可变为: (2) 再由干涉原理: k=(1,2,3…………)p为光强极大处。 k=(1,2,3…………) p为光强极小处。 可知道各级干涉的极大位置和极小的位置分别为： k=(1,2,3…………) （3） k=(1,2,3…………) （4） 相邻两极大或两极小值之间的间距即为干涉条纹间距，用Δx 来表示，它反映了条纹的疏密程度.由式(3)或式(4)可得到相干条纹的间距为： （5） 式中：d 为两个狭缝中心的间距，λ 为单色光的波长，D为双缝屏到观察屏（微测目镜焦平面）的距离.从上面的分析可以看出， 条纹分布是中央对称排列，与狭缝平行，两侧对称，条纹间距彼此相等，与干涉级次k 无关.由式（5）可得：，故用毫米尺测出D，用 测微目镜测量双缝的间距d， 再用测微目镜测出相邻条纹的间距Δx，计算可得光波的波长λ. 2 存在的问题及改装措施 在陕西理工理工学院的实验室里， 以前采用的是传统的杨氏双缝实验装置，采用钠灯作为光源，发出的光经过透镜扩束后， 照射到一个可调单缝上，形成一定宽度的线光源.在单缝后方再放置一个透镜，将光束会聚，以便光束在通过与其紧邻的双缝后能在测微目镜放置处产生干涉.由于S、S1和S2都非常小，故采用这种传统杨氏干涉实验装置所观察到的光很暗.S1和S2都足够小是为了使衍射效果明显， 即让干涉区处在零级衍射极大的范围内， 否则观察屏上将见到两个直线传播的亮斑， 而干涉区的光更弱.S 足够小则是为了使干涉条纹清晰， 不使光源上不同部位产生的干涉条纹相互抵消而让条纹模糊.鉴于上述原因，要求实验是在较暗的环境里完成， 同时测量者要把眼睛紧贴测微目镜才能找到干涉条纹. 但寻找干涉条纹的过程对于没有掌握较好的实验技术的学生来说需要很长的时间，时间一长就会导致眼睛疲劳，因此该实验容易因视力疲劳引起在测量干涉条纹间距时出现错误， 并且会因眼睛有视角差异引起条纹读数有较大的误差. 另外，在测量双缝板的宽度时，以前都是直接采用读数显微镜进行观察读数， 但由于人眼视角角度的改变会引起缝成像位置的变化， 从而引起很大的读数误差，并会影响实验结果.以上两点都会影响到实验结果的准确性. 根据以往学生的实验数据， 我们发现用这种装置测光波波长的精度不高，误差一般也有10%以上，甚至更大，这样会挫伤学生做实验的积极性.为了提高实验精度，我们针对这两个问题对杨氏双缝实验进