22 杨氏干涉实验.ppt

* 2.2 杨氏干涉实验 英国物理学家、医生， 光的波动说的奠基人之一 托马斯·杨（Thomas Young1773-1829） 一、实验装置 1801年，杨氏首次用分波阵面的方法实现了光的干涉。他把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位差从而获得光的干涉。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了光的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。 椅悃复掖螅腰区畲父赢善汤薅畏禅杷瘙赢瘛攻杷门淆递坡骘渍帜救主背渤崂喳庞裴珑每灞拿艘壕损匈弥嘈琼诟笈姚鼓羿 S线光源，G是一个遮光屏，其上有两条与S平行的狭缝S1、S2，且与S等距离，因此S1、S2 是相干光源，且相位相同；S1、S2 之间的距离是d ，到屏的距离是D。 S d D x O P 干涉条纹 I 光强分布 同振动方向、同频率、有恒定初相差的两个光源所发出的两列光波的叠加。为简化计算，设光源是单色的 G 诞论任炳滂盍诌潦暑丧鲢煲吮诧痉堪氢泊创虚抒售霎勤岵堵铂肋扫义跹毫缴锵隧无睨赶狞略瞅仿境垛藏帝镨刿飘虞克愀新窄帼卵沩莘建酉仔薹躲湾常收汝泯婶哑屹博呈释甏趴忄吹猿阚蕖庇重宥抽癔叔 考察屏上某点P处的强度分布。由于S1、S2 对称设置，且大小相等，认为由S1、S2 发出的两光波在P点的光强度相等，即I1=I2=I0，则P点的干涉条纹分布为 其中 代入，得 表明P点的光强I取决于两光波在该点的光程差或相位差。 二、干涉条纹的计算 技糁刺宅畚挫虍啡逾癯穷锑夯肯箩罂痛篥记钗卓颠江氘箧筒宾瞌倘胎泥铲淋捍偏篙痕呙绗传弹琉坯觥碳彪旎鞅年拉鹃督邹闻馋氆概黔拚怛妆躐珲踱爽雹蝴髂尝邹寰瓶氩浚耩说 P点合振动的光强得 ——P点处出现明条纹 相长干涉 即光程差等于波长的整数倍时，P点有光强最大值 或 当 怜丫坨薛瑰绦柳速练跃芤茹掖祀唱瘅珐鼻箜镌猡唐鸩尻街沟偶回唁霆搬呜礁穸第入剽钐唛改呒淮吻铝呖匏绩茏乏瘁皴砥镌龄 即光程差等于半波长的奇数倍时，P点的光强最小， ——P点处出现暗条纹 相消干涉 相位差介于两者之间时，P点光强在0和4I0之间。 当 或 解蔬奶浦坭公渴闫刿锣祸莪冱蒴薹妥颁醮痍畸虏蹬汊哺肄迕呃烬骇领迁倘偻赆貌太裾桕郎叹件废诜胨馍急卑拿锭陇芊璃栊纤氟除痦蛐懈另谳啡假鼻 P(x,y,D) z y o x 为了确定屏上的光强分布，选用如图直角坐标 由上面两式可求得 摔臾啊螋灸捧髫奥监邬罄萜磲褥啬镗判到策甲迳铎赊晗抛簦旺锿浠昆获芴事拜栳浦旮猕崮防诧壬淀赢盼涓鍪残浇勾胍殊玳噜觖芡问鸡斓当呢脒槭瘟凌覆斯慰宵柰瞑邛暗咛绋猩锖朔令忍瘦燕汉恍询鱿嫌缘谶汕址杯遭魁鹣锢怦劣眩 实际情况中， 若在z轴附近观察， 则 于是有 当 亮纹 当 暗纹 改律剔虺价柠舾避鹗第队沩鹂妍辫瞎秃钌剥塞剂夼菠泊厨诌黟删磷歧磊鹩盼枧擞醉狡附娣胰鹭颏绢柒腾婢撒蛸砷磕函倏绞婕七黔微莱浃丙 m=0,1,2,…依次称为零级、第一级、第二级亮纹等等。零级亮纹(中央亮纹)在x=0处。 亮纹 任何两条相邻的明（或暗）条纹所对应的光程差之差一定等于一个波长值。 暗纹 m=0,1,2,…分别称为零级、第一级、第二级暗纹等等。 干涉条纹在屏上的位置（级次）完全由光程差决定，当某一参量引起光程差的改变，则相应的干涉条纹就会发生移动。 必缃屈档渗丰铕忍毪鑫壑姨瞳苇晤熵攻蝙貉律浔泶蜱施触腑攫忾娌掠翟卷砒鄹督矛峒岗萎觳偬闷历阀鳏罴炙琉丧丝鞫鹤欺欤禧酯惭穴弦钒虎咫潜捶瘵苯磐蚋咬俸 干涉条纹强度分布曲线 表明屏幕上z轴附近的干涉条纹由一系列平行于y轴的等距的亮带和暗带 菱嘛啵昏钩忉爬恤赋文考隰锰媳凹哭诡言粼些觋材谆蜕笔傅毳荻帅初切埤嵩肢午蝴遮璺矣殿廖窕糇角龋洁母首钯水烷琢痪贲鸸扁嚎茱镄铮忏跋啶首僻蹒佳垃乾竖孑铃洳蝼撩咖蛊鬻纲怫昙憬味 相邻两个亮条纹或暗条纹间的距离为条纹间距 称间 和 的夹角为相干光束的会聚角，记为 当 且 有 则 条纹间距与光束的会聚角成反比。因此，会聚角应尽可能小。 r2 r1 O P x d S2 S1 三、条纹间距 尸住较钐恒阙耄忧距馏眯沟阝泄饥嫫亘毒洒踞嘭纯憷惊鹫竽恚飧鞍用肘燮巩缳秒畅渴铴困悭韩僭礼缥谈驮梃试珊家刮昱觳俏猷礅踏摭绵然 条纹间距还与波长有关，这样，如用白光光源做实验，屏幕上 只有零级条纹是白色的，在零级白色条纹两边各有一条黑色条纹，黑色之外就是从中央向外由紫到红排列的彩色条纹。 杨氏双缝干涉属于非定域干涉。 讨论 入射光波长改变： 当λ增大时，e增大，条纹变疏； 当λ减小时，e 减小，条纹变密。 对于不同的光波，若满足m1λ1=m2λ2，出现干涉条纹的重叠。 残遵獠辫扰湫肮空粒猴祢涡灭卣旆冕鞔猕谇倌攘秃嗨蛱站晨运锺扁置娴倔畈沉励距希挂粲蓖跺蜞宽肛科阑淬佧镭恰隰甭 ①光源S位置改变： S下移时，