楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)課件PPT

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1、第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)一一 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)B1s2ssxooP實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 裝裝 置置d1r2rDdDrmmmmd11 . 0110RcmcmmmD101R裝置設(shè)計(jì)的巧妙之處裝置設(shè)計(jì)的巧妙之處?N第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)B1s2ssxooP實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 裝裝 置置d1r2rDrRN212sindxrrS NdD2122( )()dPrrxD2(21)kk相干極大相干極大相干極小相干極小第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)Dxd 相鄰明條紋（暗相鄰明條紋（暗條紋）之間間隔條紋）之間間隔2122( )()dPrrxD2(21)k

2、k相干極大相干極大相干極小相干極小1()2DkdxDkd相干極大相干極大相干極小相干極小白光白光照射時(shí)，出現(xiàn)照射時(shí)，出現(xiàn)彩色彩色條紋條紋第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)例例1 1 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 的氦氖激光垂直照射楊氏干的氦氖激光垂直照射楊氏干涉裝置中的間距為涉裝置中的間距為 的雙孔，求在的雙孔，求在 遠(yuǎn)處屏遠(yuǎn)處屏幕上干涉條紋的間距，它是波長(zhǎng)的多少倍？幕上干涉條紋的間距，它是波長(zhǎng)的多少倍？o6328Amm5 . 0m2解：解： 720006328 102.40.5Dxmmmmd 34 10 xDd從干涉條紋間距可以從干涉條紋間距可以求出相干光的波長(zhǎng)，求出相干光的波長(zhǎng)，干涉能將光波的

3、周期性放大，變?yōu)榉€(wěn)定的可觀測(cè)圖樣。干涉能將光波的周期性放大，變?yōu)榉€(wěn)定的可觀測(cè)圖樣。第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn) 一定時(shí)，若一定時(shí)，若 變化，則變化，則 將怎樣變化？將怎樣變化？d D、x1）DDxd第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)2） 條紋間距條紋間距 與與 的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？xd 一定時(shí)，一定時(shí)，D、Dxd 第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn) 例例2 以單色光照射到相距為以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上的雙縫上,雙縫與雙縫與屏幕的垂直距離為屏幕的垂直距離為1m. (1) 從第一級(jí)明從第一級(jí)明 紋紋 到同側(cè)到同側(cè) 的第四級(jí)明的第四級(jí)明 紋

4、的距離為紋的距離為7.5mm,求單色光的波長(zhǎng)求單色光的波長(zhǎng); (2) 若入射光的波長(zhǎng)為若入射光的波長(zhǎng)為600nm,求相鄰兩明紋間的距離求相鄰兩明紋間的距離.解解 （1）,0, 1,2,kDxkkd144141Dxxxkkd1441500nmxdD kk（2）3.0mmDxd 第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)二二 一些其他的干涉裝置一些其他的干涉裝置(1)菲涅爾雙鏡菲涅爾雙鏡P1M2MLCd2s1ssBC第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)2dBDB C，BCBdDx2)(BCd2S1SSMxPDxd 垂垂直直于于X軸軸的的直直線線條條紋紋第三第三章章 干涉干涉2 2 楊

5、氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)1S2SSnxPBC(2)菲涅爾雙棱鏡菲涅爾雙棱鏡) 1(22n2(1)dBnBCBD()2(1)DBCxdnB Dxd 第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)注意：注意：由于掠入射時(shí)的半波損失，由于掠入射時(shí)的半波損失， 點(diǎn)處是暗條紋點(diǎn)處是暗條紋。0P(3)勞埃德鏡勞埃德鏡1sPM2sdDPN0Pad22DDxda Dxd a 半波損失半波損失 ：光從：光從光速較大的介質(zhì)光速較大的介質(zhì)(光疏介質(zhì)光疏介質(zhì))射向射向光光速較小的介質(zhì)（光密介質(zhì)）速較小的介質(zhì)（光密介質(zhì)）時(shí)反射光的相位較之入射光時(shí)反射光的相位較之入射光的相位躍變了的相位躍變了 ，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半，

6、相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個(gè)波長(zhǎng)的波程差，稱為半波損失個(gè)波長(zhǎng)的波程差，稱為半波損失.第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)Ch解解 計(jì)算波程差計(jì)算波程差BCACr22)2cos1 ( ACsinhAC B2A12 , 求求 第一次測(cè)到極大時(shí)，射電星的方位第一次測(cè)到極大時(shí)，射電星的方位與湖面所成的角與湖面所成的角 . 如圖如圖 離湖面離湖面 處有一電磁波接收器位于處有一電磁波接收器位于 C ，當(dāng)一射電星從地平面漸漸升起時(shí)，當(dāng)一射電星從地平面漸漸升起時(shí)， 接收器斷續(xù)接接收器斷續(xù)接收收 到一系列極大值到一系列極大值 . 已知射電星發(fā)射的電磁波波長(zhǎng)為已知射電星發(fā)射的電磁波波長(zhǎng)為cm0 .

7、20m5 . 0h例例2 射電信號(hào)的接收射電信號(hào)的接收第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)2/ 考慮半波損失時(shí)，附加波程差取考慮半波損失時(shí)，附加波程差取 均可，均可，符號(hào)不同，符號(hào)不同， 取值不同，對(duì)問題實(shí)質(zhì)無影響取值不同，對(duì)問題實(shí)質(zhì)無影響.k注意注意hk4) 12(sinh4arcsin11 . 0arcsinm5 . 04cm0 .20arcsin174. 511k取取 極大極大時(shí)時(shí)kr AChB2122)2cos1 (sinhr第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)三三 干涉條紋的移動(dòng)干涉條紋的移動(dòng)1 1）條紋移動(dòng)的原因）條紋移動(dòng)的原因光源移動(dòng)光源移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)變動(dòng)裝置結(jié)

8、構(gòu)變動(dòng)光路中的介質(zhì)變化光路中的介質(zhì)變化2 2）觀察條紋移動(dòng)的方）觀察條紋移動(dòng)的方法法定點(diǎn)觀察定點(diǎn)觀察跟蹤觀察跟蹤觀察()LNL光程差光程差N條紋移動(dòng)的數(shù)目條紋移動(dòng)的數(shù)目定點(diǎn)觀察定點(diǎn)觀察第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)()LNSS1R2R1S2S1r2rds0 x0P0PzDRx設(shè)點(diǎn)光源移動(dòng)設(shè)點(diǎn)光源移動(dòng) 后，零級(jí)條紋由后，零級(jí)條紋由 點(diǎn)移至點(diǎn)移至 點(diǎn)點(diǎn)0p0ps02211()()()0L PRrRr1221RRrr向下平移向下平移 向上移動(dòng)向上移動(dòng)S0p向上平移向上平移 向下移動(dòng)向下移動(dòng)S0p第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)SS1R2R1S2S1r2rds0 x0P0

9、PzDRxDxsR 楊氏試驗(yàn)中條紋位移楊氏試驗(yàn)中條紋位移 與點(diǎn)光源與點(diǎn)光源 的關(guān)系的關(guān)系xs（1 1）光源沿）光源沿Y Y方向平移時(shí)，不會(huì)引起干涉條紋移動(dòng)方向平移時(shí)，不會(huì)引起干涉條紋移動(dòng)（2 2）雙面境等干涉裝置的關(guān)系式與上式不同）雙面境等干涉裝置的關(guān)系式與上式不同注意：注意：第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)四四 普通光源發(fā)光微觀機(jī)制的特點(diǎn)普通光源發(fā)光微觀機(jī)制的特點(diǎn)持續(xù)時(shí)間極短持續(xù)時(shí)間極短1010-8-8s s振動(dòng)方向無規(guī)則振動(dòng)方向無規(guī)則相位無規(guī)則相位無規(guī)則1 1）普通光源發(fā)光特點(diǎn)）普通光源發(fā)光特點(diǎn)2 2）楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)的精巧之處）楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)的精巧之處雖然每一個(gè)波列的初相位雖然每

10、一個(gè)波列的初相位 不相同，但在不相同，但在 觀察屏幕上相遇的總是同一個(gè)波列。觀察屏幕上相遇的總是同一個(gè)波列。0第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)五五 光源寬度對(duì)干涉條紋襯比度的影響光源寬度對(duì)干涉條紋襯比度的影響干涉條紋襯比度干涉條紋襯比度maxminmaxminIIII(01)實(shí)際光源實(shí)際光源由許多不相干的點(diǎn)光源構(gòu)成由許多不相干的點(diǎn)光源構(gòu)成干涉條紋的總強(qiáng)度是各套干涉條紋的非相干疊加干涉條紋的總強(qiáng)度是各套干涉條紋的非相干疊加為什么楊氏實(shí)驗(yàn)采用雙縫而不是雙孔？為什么楊氏實(shí)驗(yàn)采用雙縫而不是雙孔？第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)點(diǎn)源：點(diǎn)源：隨兩個(gè)點(diǎn)源錯(cuò)開距離的增加，兩套干涉圖

11、樣隨兩個(gè)點(diǎn)源錯(cuò)開距離的增加，兩套干涉圖樣非相干迭加的反襯度逐漸下降。非相干迭加的反襯度逐漸下降。兩套干涉圖樣錯(cuò)開兩套干涉圖樣錯(cuò)開半個(gè)條紋間距時(shí)半個(gè)條紋間距時(shí)，反襯度下降為零。，反襯度下降為零。擴(kuò)展光源：擴(kuò)展光源：即當(dāng)時(shí)兩套干涉圖樣即當(dāng)時(shí)兩套干涉圖樣互相錯(cuò)開一個(gè)條紋互相錯(cuò)開一個(gè)條紋間距時(shí)間距時(shí)，襯比度下降為零。，襯比度下降為零。第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)bdRsRbd光源寬度的極限光源寬度的極限擴(kuò)展光源：擴(kuò)展光源：即當(dāng)時(shí)兩套干涉圖樣互相錯(cuò)開一個(gè)條紋即當(dāng)時(shí)兩套干涉圖樣互相錯(cuò)開一個(gè)條紋間距時(shí)，襯比度下降為零。間距時(shí)，襯比度下降為零。dDx( )DxsR 第三第三章章 干涉干涉2

12、2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)六光場(chǎng)的空間相干性六光場(chǎng)的空間相干性只有一個(gè)點(diǎn)光源時(shí)，只有一個(gè)點(diǎn)光源時(shí)， ， 和和 完全相干完全相干11S2S兩個(gè)點(diǎn)光源兩個(gè)點(diǎn)光源A A和和B B使次波源使次波源 和和 部分相干部分相干1S2S第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)若若 （光源線度（光源線度 ），）， 和和 部分相干部分相干01Rbd1S2S0Rbd若若 （光源線度（光源線度 ），）， 和和 完全非相干完全非相干1S2S反襯度下降反襯度下降雙孔間距雙孔間距d d不變，隨光源線寬不變，隨光源線寬b b變大，變大，第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)定義：給定寬度定義：給定寬度b b后，在多大

13、范圍取出的兩個(gè)后，在多大范圍取出的兩個(gè)次波源次波源 和和 還是相干的，稱為次波源還是相干的，稱為次波源 和和 的空間相干性。的空間相干性。1 1）次波源）次波源 和和 的空間相干性的空間相干性1S2S2S1S1S2S下圖給出了兩個(gè)次波源下圖給出了兩個(gè)次波源 和和 相干的空間范圍相干的空間范圍1S2S1Sbd2SR01S2S1S2S1S2S0/d RdRb 第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)只有在如圖所示的只有在如圖所示的 范圍內(nèi)取出范圍內(nèi)取出的兩個(gè)次波源才是相干的的兩個(gè)次波源才是相干的0/d R2）空間相干性的起因）空間相干性的起因正是由于光源正是由于光源S在空間由點(diǎn)源擴(kuò)展成線光源

14、。在空間由點(diǎn)源擴(kuò)展成線光源。才引出了次波源才引出了次波源 和和 的空間相干性的問題，的空間相干性的問題，1S2S光源光源S的空間擴(kuò)展性就是次波源的空間擴(kuò)展性就是次波源 和和 空間相干性的起因?？臻g相干性的起因。1S2S若若b給定給定:兩個(gè)次波源的相干范圍即被確定兩個(gè)次波源的相干范圍即被確定第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)3）光場(chǎng)中兩個(gè)次波源的空間相干范圍）光場(chǎng)中兩個(gè)次波源的空間相干范圍（1）相干線寬）相干線寬:相干范圍的橫向線度：相干范圍的橫向線度： d（2）相干面積）相干面積: 若光源為面光源，若光源為面光源，則相干范圍的面積為則相干范圍的面積為 2d（3）相干孔徑角）相干孔徑

15、角:0/d R由：由： ，和，和（4）空間相干性反比公式）空間相干性反比公式:0/d RRbd有：有： 0b,稱為空間相干性反比公式稱為空間相干性反比公式第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)0.55 m解：解： 取白光的中心波長(zhǎng)取白光的中心波長(zhǎng)為太陽光的平均波長(zhǎng)為太陽光的平均波長(zhǎng)相干線度為：相干線度為： 550.055dmmm相干面積為：相干面積為： 2323 10 ()Sdmm 4 4）例題：）例題：已知太陽的視角約為已知太陽的視角約為 ，估，估算太陽光射到地面上時(shí)的相干線度和相干面積？算太陽光射到地面上時(shí)的相干線度和相干面積？210b Rrad第三第三章章 干涉干涉2 2 楊氏實(shí)驗(yàn)楊氏實(shí)驗(yàn)結(jié)論：結(jié)論：0.055dmm（1）若要通過雙孔直接看太陽）若要通過雙孔直接看太陽,雙孔間距雙孔間距 時(shí)才能看到干涉條紋。時(shí)才能看到干涉條紋。（2）在雙孔前面加上狹縫，限制太陽光源）在雙孔前面加上狹縫，限制太陽光源 的有效寬度，構(gòu)成楊氏干涉裝置，才的有效寬度，構(gòu)成楊氏干涉裝置，才 能在雙孔間距較大時(shí)看到干涉條紋。能在雙孔間距較大時(shí)看到干涉條紋。