大学物理143杨氏双缝实验.pptx

太原理工大学物理系太原理工大学物理系1.1.实验装置实验装置双缝双缝入射光入射光观察屏观察屏太原理工大学物理系太原理工大学物理系白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片红光入射的杨氏双缝干涉照片太原理工大学物理系太原理工大学物理系p2a2.光程差光程差由几何关系由几何关系两式相减两式相减太原理工大学物理系太原理工大学物理系 干涉减弱干涉减弱干涉加强干涉加强暗纹中心暗纹中心明纹中心明纹中心3.3.干涉条纹位置干涉条纹位置 每一条纹都对应着一定的波程差每一条纹都对应着一定的波程差(相位差相位差)，如第三级明纹对应的波程差为如第三级明纹对应的波程差为3 3。太原理工大学物理系太原理工大学物理系思考：思考：如如D、不变，而不变，而2a减小，某级条纹的位减小，某级条纹的位置如何变化？置如何变化？太原理工大学物理系太原理工大学物理系4 4 干涉条纹形状及间距干涉条纹形状及间距形状：形状：明暗相间的直条纹明暗相间的直条纹(平行于狭缝平行于狭缝)间距：间距：条纹均匀分布条纹均匀分布相邻两条明纹或暗纹的距离：相邻两条明纹或暗纹的距离：0 0级亮纹级亮纹+1+1级级+2+2级级-1-1级级-2-2级级观察屏观察屏暗纹暗纹级次级次：中间条纹级次低：中间条纹级次低,以以0 0级明纹为中心，级明纹为中心，两边对称。两边对称。x x太原理工大学物理系太原理工大学物理系0级明纹为白色，级明纹为白色，其余明纹为彩色条纹其余明纹为彩色条纹 。5 5 白光入射白光入射k级彩色亮纹所在的位置坐标级彩色亮纹所在的位置坐标红红紫紫白白紫紫紫紫紫紫红红红红红红k=1k=-1k=-2k=0k=2太原理工大学物理系太原理工大学物理系第第k级光谱的宽度级光谱的宽度谱线重叠满足的条件为谱线重叠满足的条件为6 6 条纹的重叠条纹的重叠 当波长当波长 1的第的第k1级谱线与波长级谱线与波长 2的第的第k2级级谱线谱线重叠重叠时，它们有相同的光程差。时，它们有相同的光程差。k越大，光谱越宽，级数较高的谱线会发生越大，光谱越宽，级数较高的谱线会发生重叠。重叠。复色光的波长范围复色光的波长范围太原理工大学物理系太原理工大学物理系例例1 1 在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的在杨氏实验装置中，采用加有蓝绿色滤光片的白光光源，它的波长范围为白光光源，它的波长范围为=100 nm，平均波，平均波长为长为 =490 nm.试估算从第几级开始，条纹将变试估算从第几级开始，条纹将变得无法分辨。得无法分辨。k=4,从第五级开始无法分辨从第五级开始无法分辨.解解波长范围波长范围平均波长平均波长条纹开始重叠时有条纹开始重叠时有太原理工大学物理系太原理工大学物理系可以清晰分辨的最大级次可以清晰分辨的最大级次与该干涉级次与该干涉级次k对应的光程差，就是实现相干的最对应的光程差，就是实现相干的最大光程差，即大光程差，即 太原理工大学物理系太原理工大学物理系只有在只有在 的条件下，才能观察到干涉条的条件下，才能观察到干涉条纹纹 称为称为相干长度相干长度。太原理工大学物理系太原理工大学物理系每每个个原原子子发发光光持持续续的的时时间间 t101010-8s ，每每一一列光的长度列光的长度l=c t 。相干长度：相干长度：两列相干光能产生干涉所允许的最大两列相干光能产生干涉所允许的最大光程差即在真空中光波列的长度光程差即在真空中光波列的长度l=c t相相干干时时间间：两两列列波波到到达达干干涉涉点点所所允允许许的的最最大大时时间间差（即发光时间）。差（即发光时间）。二、相干长度和相干时间二、相干长度和相干时间太原理工大学物理系太原理工大学物理系P1.菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜三、分波阵面干涉的其他实验三、分波阵面干涉的其他实验太原理工大学物理系太原理工大学物理系2.2.劳埃德镜劳埃德镜 半波损失半波损失 ：光从光速较大（光疏介质）的介质射：光从光速较大（光疏介质）的介质射向光速较小（光密介质）的介质时反射光的相位较之向光速较小（光密介质）的介质时反射光的相位较之入射光的相位跃变了入射光的相位跃变了 ,相当于反射光与入射光之间附相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的波程差，称为半波损失加了半个波长的波程差，称为半波损失.PML太原理工大学物理系太原理工大学物理系 例例2 2 如图所示，在杨氏双缝实验中，当作如下调如图所示，在杨氏双缝实验中，当作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化？节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化？（1 1）如图所示，把双缝中的一条狭缝遮住，并在两缝）如图所示，把双缝中的一条狭缝遮住，并在两缝的垂直平分线上放置一块平面反射镜。的垂直平分线上放置一块平面反射镜。太原理工大学物理系太原理工大学物理系（2 2）将其中一条缝的宽度变宽；）将其中一条缝的宽度变宽；（3 3）用白光照射，一个缝用纯红色滤光片遮盖，）用白光照射，一个缝用纯红色滤光片遮盖，另一条缝用纯蓝色遮盖。另一条缝用纯蓝色遮盖。太原理工大学物理系太原理工大学物理系 一定时，若一定时，若 变化，则变化，则 将怎样变化？将怎样变化？例例3太原理工大学物理系太原理工大学物理系 例例4 4 单单色色光光照照射射到到相相距距为为0.2mm的的双双缝缝上上，双双缝缝与屏幕的垂直距离为与屏幕的垂直距离为1m。求求（1 1）从从第第一一条条明明纹纹到到同同侧侧旁旁第第四四明明纹纹间间的的距距离离为为7.5mm，求单色光的波长；，求单色光的波长；解解（1 1）根据双缝干涉明纹分布条件：）根据双缝干涉明纹分布条件：明纹间距：明纹间距：得：得：太原理工大学物理系太原理工大学物理系将将 2a=0.2mm，x1，4=7.5mm，D=1000mm 代入上式代入上式（2）当=600nm时，由相邻明纹间距公式 （2 2）若入射光的波长为）若入射光的波长为600nm，求相邻两明纹，求相邻两明纹的距离。的距离。太原理工大学物理系太原理工大学物理系例例5 5 双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被双缝一缝前若放一云母片，原中央明纹处被第第7 7级明纹占据。已知级明纹占据。已知求：云母片厚度求：云母片厚度lr2r1解：解：盖上云母片条纹为盖上云母片条纹为何移动？何移动？光程差改变光程差改变0 0级明纹的位置如何改变？级明纹的位置如何改变？向上移动向上移动太原理工大学物理系太原理工大学物理系移动一级条纹，光程差改变多少？移动一级条纹，光程差改变多少？光程差改变量光程差改变量r2r1