光的干涉和楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn).ppt

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光的干涉,英國醫(yī)生和物理學(xué)家。對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，除了提出“能”的概念（1807年）和楊氏彈性系數(shù)之外，最大的成就就是1801提出光的干涉理論。,科學(xué)簡史,二、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn),楊氏雙縫干涉,像屏,雙縫屏,將同一光源發(fā)出的光(頻率相同)通過一個(gè)狹縫（振動(dòng)方向一致）再通過一與單縫平行的雙縫（相干光源）,光的干涉,,雙縫干涉,,,激光束,雙縫,屏,屏上看到明暗相間的條紋,結(jié)論:光是一種波,,,,,,,,,,,,亮條紋,亮條紋,探究2： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件,S1,S2,,亮條紋,出現(xiàn)亮條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,,,,,,,,,,,暗條紋,探究2： 出現(xiàn)明暗相間條紋的條件,S1,S2,,亮條紋,暗條紋,出現(xiàn)亮條紋和暗條紋的條件,（ n=0，1，2，3…）,（ n=0，1，2，3…）,,n=0：0級(jí)亮條紋 （中央亮條紋） n=1：1級(jí)亮條紋 n=2：2級(jí)亮條紋,n=0：1級(jí)暗條紋 n=1：2級(jí)暗條紋 n=2：3級(jí)暗條紋,,,單色激光束,屏,等間距,雙縫干涉圖樣,圖樣有何特征？,S1,S2,亮條紋的中心線,亮條紋的中心線,雙縫,,中央亮條紋,明暗相間,光的干涉,,雙縫干涉,1、兩個(gè)獨(dú)立的光源發(fā)出的光不是相干光，雙縫干涉的裝置使一束光通過雙縫后變?yōu)閮墒喔晒?，在光屏上形成穩(wěn)定的干涉條紋．,2、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的偶數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋；光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí)，該點(diǎn)出現(xiàn)暗條紋．,例題1:在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光用只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時(shí) ( ) A、只有紅色和綠色的干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失． B、紅色和綠色的干涉條紋消失，其它顏色的干涉條紋仍然存在． C、任何顏色的干涉條紋都不存在，但屏上仍有亮光． D、屏上無任何亮光．,C,白光,＋,,（2）白光干涉圖樣分析,紅光,藍(lán)光,亮暗相間彩色條紋,……,……,2 在單色光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 （ ） A.兩列光波波谷和波谷重疊處出現(xiàn)暗條紋 B.兩列光波波峰和波峰重疊處出現(xiàn)亮條紋 C.從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是波長的整數(shù)倍時(shí),出現(xiàn)亮條紋 D.從兩個(gè)狹縫到達(dá)屏上的路程差是波長的奇數(shù)倍時(shí),出現(xiàn)暗條紋,BC,第四節(jié) 實(shí)驗(yàn)：雙縫干涉測光的波長,單色光,（1）方法一：,兩縫之間距離為d，光屛距光源的距離為L,楊氏雙縫干涉的理論解釋：,一、光的干涉,P1到兩光源之間的光程差： Δr= P1S2 - P1S1= S2D,因?yàn)?L》d， 可以認(rèn)為SD⊥P1S2 ， Δr =dsin∠S2S1D d非常小，光屛上有光線到達(dá)，并具有一定亮度的區(qū)域到中心P的距離較近，所以，x≈x/ = P1P=Ltan∠P1S2D/ ≈Lsin∠S2S1D Δr=,若為明條紋， Δr= kλ (k=0、1、2…….） 即：,若為暗條紋， Δr= （2k-1)λ/2 (k=1、2…….） 即：,（2）方法二：,令P1P=χ (P1S2)2=L2+(x+d/2)2 (P1S1)2=L2+(x-d/2)2 (P1S2)2-(P1S1)2= (P1S2-P1S1)(P1S2+P1S1)=2χd 由于χ很小，L》d，所以P1S2+P1S1≈2L。 Δr=P1S2-P1S1=2χd/2L=χd/L，χ=LΔr/d 明條紋: Δr=Nλ (N=1、2、……)， χ=NLλ/d； 暗條紋：Δr= （2N+1/2）λ （N=1、2、……） χ=L（2N+1/2）λ/d,相鄰明條紋間距： Δx=xn-xn-1= NLλ/d-(N-1) Lλ/d= Lλ/d ；,相鄰暗條紋間距：,Δx=xn-xn-1= L（2N+1/2）λ/d- L（2N-1/2）λ/d= Lλ/d,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測量光的波長,1、了解光波產(chǎn)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象的條件。 2、觀察白光及單色光的雙縫干涉圖樣。 3、測定單色光的波長。,二、實(shí)驗(yàn)原理：,光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片成為單色光。單色光通過單縫后，相當(dāng)于線光源，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。干涉條紋可以從屏上觀察到。 根據(jù)公式λ=dΔx/L可計(jì)算波長， 其中d是雙縫間的距離，雙縫到屏的距離L可以用米尺測量，相鄰兩條亮（暗）紋間的距離Δx用測量頭測出（如圖所示）,1、測量頭由分劃板、目鏡、 手輪等構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪， 分劃板會(huì)左右移動(dòng)。 2、測量時(shí)，應(yīng)使分劃板中心刻線對(duì)齊條紋的中心見圖所示計(jì)下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭，使分劃板中心刻線對(duì)齊另一條紋的中心，計(jì)下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。兩次讀數(shù)之差就表示這兩條紋間的距離。 3、 測出n條亮（暗）紋間的距離a，就可以求出相鄰兩條亮（暗）紋間的距離Δx=a/(n-1)。換用不同顏色的濾光片，觀察干涉條紋間的距離有什么變化，求出相應(yīng)的波長。,三、實(shí)驗(yàn)步驟：,1、把直徑約為10cm，長約為1m的遮光筒水平放在光具座上，筒的一端裝有雙縫，另一端裝有毛玻璃屏；,2、取下雙縫，打開光源，調(diào)節(jié)光源的高度，使它發(fā)出的一束光能夠沿著遮光筒的軸線把屏照亮；,3、放好單縫和雙縫，單縫和雙縫間的距離約為5—10cm,使縫相互平行，中心大致位于遮光筒的軸線上，這時(shí)在屏上就會(huì)看到白光的雙縫干涉圖樣；,4、在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的雙縫干涉圖樣,5、分別改變?yōu)V光片和雙縫，觀察干涉圖樣的變化,6、已知雙縫間的距離d，測出雙縫到屏的距離L，用測量頭測出相鄰兩條亮（或暗）紋間的距離△x，由λ=d △x/L，計(jì)算單色光的波長，為了減小誤差，可測出n條亮紋（或暗紋）間的距離a，則△x=a/(n-1),7、換用不同的顏色的濾光片，觀察干涉條紋間距的變化，并求出相應(yīng)色光的波長。,測定單色光的波長，其誤差主要由測量引起，條紋間距Δx測不準(zhǔn)，或雙縫到屏的距離測不準(zhǔn)都會(huì)引起誤差，其誤差屬于偶然誤差，可采用多次測量取平均值法來進(jìn)一步減小。,四、誤差分析：,五、注意事項(xiàng)：,1、單縫、雙縫應(yīng)相互平行，其中心大致位于遮光筒的軸線上，雙縫到單縫的距離應(yīng)相等。 2、測雙縫到屏的距離L可用米尺測多次取平均值。 3、測條紋間距Δx時(shí)，用測量頭測出幾條亮（暗）紋間的距離a，求出相鄰的兩條明（暗）紋間的距離Δx=a/(n-1)。,練習(xí)3、利用圖中裝置研究雙縫干涉現(xiàn)象時(shí)，有下面幾種說法，其中正確的是 [ ] A、將屏移近雙縫，干涉條紋間距變窄 B、將濾光片由藍(lán)色的換成紅色的，干涉條紋間距變寬 C、將單縫向雙縫移動(dòng)一小段距離后，干涉條紋間距變寬 D、換一個(gè)兩縫之間距離較大的雙縫，干涉條紋間距變窄 E、去掉濾光片后，干涉現(xiàn)象消失,ABD,練習(xí)4、某同學(xué)在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，按要求安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，在光屏上卻觀察不到干涉圖樣，這可能是因?yàn)?[ ] A、光源發(fā)出的光束太強(qiáng) B、單縫與雙縫不平行 C、沒有安裝濾光片 D、光束的中央軸線與遮光筒的軸線不一致，相差較大,BD,小結(jié),1、光的雙縫干涉出現(xiàn)明暗條紋的條件,2、光的雙縫干涉圖樣的特點(diǎn),3、楊氏雙縫干涉如何測量光波波長,明暗相間,等間距,中央亮條紋,公式λ=dΔx/L,亮條紋,暗條紋,（ n=0，1，2，3…）,