杨氏双缝实验.ppt

1、1. 杨氏双缝实验,17-2 双缝干涉,托马斯 杨,p,r1,r2,相干光的获得：分波阵面法,d ，D d (d 10-4m, D m),光路原理图：,杨氏双缝实验,2. 干涉明暗条纹的位置,x,2.1 波程差的计算,设实验在真空（或空气）中进行，则波程差为：,明纹中心,暗纹中心,两相邻明纹（或暗纹）间距,干涉相长，明纹,干涉相消，暗纹,2.2 干涉明暗条纹的位置,(1) 一系列平行的明暗相间的条纹；,(3),2.3 条纹特点：,(2) 不太大时条纹等间距；,杨氏双缝实验第一次测定了 波长这个重要的物理量。,双缝干涉条纹,1.思考题,2.例题一：,3.例题二：,4. 菲涅耳双棱镜干涉实验,干涉

2、现象测定气体折射率,白光双缝干涉,双缝干涉,在双缝干涉实验中：,（1）如何使屏上的干涉条纹间距变宽？,（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时， 屏上的干涉条纹有何变化？,（3）若S1、S2两条缝的宽度不等，条纹有何 变化？,思考,双缝干涉,选题目的：讨论影响双缝干涉条纹分布的因素。,（1）,若已定，只有D、d（仍然满足d )，条纹间距 变宽。,干涉明暗条纹的位置,两相邻明纹（或暗纹）间距,n水 n空气,实验装置放入水中后条纹间距变小。,（2）将双缝干涉装置由空气中放入水中时， 屏上的干涉条纹有何变化？,干涉明暗条纹的位置,（3）两条缝的宽度不等，使两光束的强度不等；虽然干涉条纹中心距不变，但原

3、极小处的强度不再为零，条纹的可见度变差。,现：可见度差,原：可见度好,振幅比,决定可见度的因素：,光源的宽度,光源的单色性,干涉明暗条纹的位置,现：可见度差,原：可见度好,振幅比,决定可见度的因素：,光源的宽度,光源的单色性,（3）两条缝的宽度不等，使两光束的强度不等；虽然干涉条纹中心距不变，但原极小处的强度不再为零，条纹的可见度变差。,干涉明暗条纹的位置,例1 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？,解: 用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成内紫外红的对称彩色光谱.当k级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱就发生重叠。据前述内容有,干涉明暗

4、条纹的位置,将 红 = 7600， 紫 = 4000代入得 k=1.1,这一结果表明：在中央白色明纹两侧， 只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。,由 xk红 = x(k+1)紫 的临界情况可得,因为 k只能取整数，所以应取 k=2,干涉明暗条纹的位置,将 红 = 7600， 紫 = 4000代入得 k=1.1 因为 k只能取整数，所以应取 k=2,这一结果表明：在中央白色明纹两侧， 只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。,由 xk红 = x(k+1)紫 的临界情况可得,干涉明暗条纹的位置,将 红 = 7600， 紫 = 4000代入得K=1.1 因为 k只能取整数， 所以应取k=2,这一结果表明： 在中

5、央白色明纹两侧，只有第一级彩 色光谱是清晰可辨的。,干涉明暗条纹的位置,例2 图示一种利用干涉现象测定气体折射率的原理图。在缝S1后面放一长为l的透明容器，在待测气体注入容器而将空气排出的过程中，屏幕上的干涉条纹就会移动。通过测定干涉条纹的移动数可以推知气体的折射率，问,若待测气体的折射率大 于空气折射率, 干涉条纹如何移动？,设l=2.0cm，光波波长 =5893 ,空气折射率 为1.000276, 充以某种 气体后，条纹移过20 条，这种气体的折射率为多少 (不计透明容器的器壁厚度) ?,干涉明暗条纹的位置,解 ： 1.讨论干涉条纹的移动，可跟踪屏幕上某一条纹(如零级亮条纹), 研究它的移

6、动也就能了解干涉条纹的整体移动情况.,当容器未充气时，测量装置实际上是杨氏双缝干涉实验装置。其,零级亮纹出现在屏上与 S1 、S2 对称的P0点.从S1 、S2射出的光在此处相遇时光程差为零。,容器充气后，S1射出的光线经容器时光程要增加，零级亮纹应在 P0的上方某处P出现，因而整个条纹要向上移动。,干涉明暗条纹的位置,2.按题义，条纹上移20条，P0处现在出现第20 级亮条纹，因而有,P,p0,光程 S1P0 - S2P0=N ,其中 N=20， 为移过的条纹数，而,光程 S1P0 - S2P0= nl - nl,n，n 分别为气体和空气的折射率，所以有,nl nl = N ,n= n+ /

7、 l,干涉明暗条纹的位置,2.按题义，条纹上移20条，P0处现在出现第20级 亮条纹，因而有,光程 S1P0 - S2P0=N ,其中 N=20， 为移过的条纹数，而,光程 S1P0 - S2P0= nl - nl,n，n 分别为气体和空气的折射率，所以有,nl nl = N ,n= n+ / l,干涉明暗条纹的位置,3. 菲涅耳双棱镜干涉实验,A,B,C,M,1,M,2,s,点光源,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,屏,平面镜,A,B,C,M,1,M,2,s,点光源,屏,s1,s2,平面镜,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,A,B,C,M,1,M,2,s,点光源,屏,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,A,B,

8、C,M,1,M,2,s,点光源,2,2,屏,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,A,B,C,M,1,M,2,s,点光源,1,1,2,2,屏,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,A,B,C,M,1,M,2,s,点光源,1,1,2,2,屏,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,A,B,C,M,1,M2,s,点光源,1,1,2,2,屏,r,l,D,4. 菲涅耳双面镜干涉实验,M,A,B,屏,P,问题：,5. 洛埃德镜实验,.,s1,s2,虚光源,反射镜,点光源,当屏移到 位置时，在屏上的P 点应该出现暗条纹还是明条纹？,M,A,B,B,A,屏,P,.,s1,s2,5. 洛埃德镜实验,当屏移到 位置时，在屏上的P 点出现暗条纹。,M,A,B,B,A,屏,P,.,s1,s2,5. 洛埃德镜实验,当屏移到 位置时，在屏上的P 点出现暗条纹。这一结论证实，光在镜子表面反射时有相位 突变。,媒质1 光疏媒质 媒质2 光密媒质,n1,n2,折射波,反射波,入射波,光在垂直入射（i =0）或者掠入射（i =90）的情况下，如果光是从光疏媒质传向光密媒质，在其分界面上反射时将发生半波损失。 折射波无半波损失。,半波损失,若 n1 n2,