上课用光的干涉

1、光的干涉及实验 微粒说与波动说之争 牛顿的微粒说：牛顿的微粒说： 光是由光源发出的微粒流。光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说：惠更斯的波动说： 光是一种波动。光是一种波动。光到底是什么？17世纪明确形成了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说19世纪初证明了波动说的正确性由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒”光的电磁本性1801年，英国物理学家年，英国物理学家托马斯托马斯杨杨（T. Young，1773-1829）首先利用首先利用双缝实验观察到了

2、光的干涉条纹，双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。从实验上证实了光的波动性。 1865年，英国物理学家年，英国物理学家麦克斯韦麦克斯韦从从他的电磁场理论预言了电磁波的存他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。在，并认为光就是一种电磁波。光学的发展简介：光学的发展简介：量子光学时期量子光学时期 19世纪末到20世纪初，光的电磁理论主要困难是不能解释光和物质相互作用的某些现象，例如，炽热黑体辐射中能量按波长分布的问题，特别是1887年赫兹发现的光电效应。 1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包

3、括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。 1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。 一、光的干涉一、光的干涉 肥皂泡或光碟表面上的肥皂泡或光碟表面上的彩色花纹，都是光的波彩色花纹，都是光的波动特性所引发的一种现动特性所引发的一种现象。象。波动光学：波动光学：以光的波动特性为基础，研究光的传播以光的波动特性为基础，研究光的传播及其规律的学科。及其规律的学科。 一、双缝干涉双缝干涉实验证明光是一种波单色激光束单色激光束屏屏等间距等间距双缝干涉图样双缝干涉图样图样有何

4、特征？图样有何特征？S1S2双缝双缝中央亮条纹中央亮条纹明暗相间明暗相间中中间间亮亮纹纹第第二二条条亮亮纹纹第第一一条条亮亮纹纹第第一一条条亮亮纹纹第第二二条条亮亮纹纹第第一一条条暗暗纹纹第第一一条条暗暗纹纹第第二二条条暗暗纹纹第第三三条条暗暗纹纹第第二二条条暗暗纹纹第第三三条条暗暗纹纹亮条纹亮条纹亮条纹亮条纹探究：探究： 出现明暗相间条纹的条件出现明暗相间条纹的条件S1S2光程差：光程差：出现亮条纹的条件出现亮条纹的条件22nr（ n=0，1，2，3）暗条纹暗条纹 /2探究：探究： 出现暗条纹的条件出现暗条纹的条件S1S2光程差：光程差：出现暗条纹的条件出现暗条纹的条件2) 12(nr（ n

5、=0，1，2，3）亮条纹亮条纹暗条纹暗条纹小结：出现亮条纹和暗条纹的条件小结：出现亮条纹和暗条纹的条件22nr212nr（ n=0，1，2，3）（ n=0，1，2，3）白光的干涉图样为什么会是这样的呢？dlx 条纹间距x、缝宽d和缝屏距离L的关系：P85发展空间rrrrrrrdxdxLdxLrrdxLrdxLr)(2)2()2()2(,)2(121221222222212222222221xLdrLrrxLdL即：所以有且2,21dLxrxkkr即：对应的相邻两亮条纹间距时，出现亮条纹，取.)321(dLxrxkkr即：对应的相邻两暗条纹间距时，出现暗条纹，取.)321(212一、实验目的一、

6、实验目的 观察单色光的干涉图样，测定单色光的波长观察单色光的干涉图样，测定单色光的波长二、实验原理二、实验原理 双缝干涉条纹间距公式双缝干涉条纹间距公式x三、实验器材三、实验器材 双缝干涉仪双缝干涉仪(由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、由光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成遮光筒、毛玻璃屏、测量头组成)、学生电源、导线、刻、学生电源、导线、刻度尺度尺三、实验：用双缝干涉测量光的波长三、实验：用双缝干涉测量光的波长四、实验操作四、实验操作1实验步骤实验步骤(1)观察双缝干涉图样观察双缝干涉图样将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示将光源、遮光筒、毛玻璃屏

7、依次安放在光具座上，如图所示接好光源，打开开关，使灯丝正常发光接好光源，打开开关，使灯丝正常发光调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行，二者间距为几个厘米，这时，可观察到白光的干涉条纹平行，二者间距为几个厘米，这时，可观察到白光的干涉条纹在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹(2)测定单色光的波长测定单色光的波长 安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹安装测量头

8、，调节至可清晰观察到干涉条纹 使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数读数a1，将该条纹记为第，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至第刻线移动至第n条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数条亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2. 用刻度尺测量双缝到光屏间距离用刻度尺测量双缝到光屏间距离l(d是已知的是已知的) 重复测量、计算，求出波长的平均值重复测量、计算，求出波长的平均值 换用不同的滤光片，重复实验换用不同的滤光片，重复实验因为，由结论可知：各种色光的波长不相同，由不同的色光作光源

9、，在双缝宽度和缝、屏宽度相同的情况下，形成的干涉图样的条纹间距是各不相同的，红光的条纹间距最宽，紫光的最窄。dlx 条纹间距x、缝宽d和缝屏距离L的关系：Id)若为白光入射，条纹两侧若为白光入射，条纹两侧 出现彩色条纹出现彩色条纹,干涉级高的干涉级高的条纹重叠。条纹重叠。S1S2dDXOPx-1级暗纹级暗纹2级暗纹级暗纹1级暗纹级暗纹-2级暗纹级暗纹1级明纹级明纹0级明纹级明纹-1级明纹级明纹2级明纹级明纹-2级明纹级明纹C1r2rr 一定时，一定时， 若若 变化，变化， 则则 将怎样变化？将怎样变化？d D、x1） ，d d 不变不变, ,波长增大，条纹变稀疏。反之，条纹变稠密。波长增大，条

10、纹变稀疏。反之，条纹变稠密。D三、讨论（影响干涉条纹的几个主要因素）三、讨论（影响干涉条纹的几个主要因素）2022-5-4262） 一定时，条纹间距一定时，条纹间距 与与 的关系如何？的关系如何？xdD、 ,D ,D不变，增大双缝间距不变，增大双缝间距(d)(d)，中央条纹明纹中心位置不变，中央条纹明纹中心位置不变，其它各级条纹相应向中央明纹靠近，条纹变密。反之，条纹变其它各级条纹相应向中央明纹靠近，条纹变密。反之，条纹变稀疏。稀疏。 2022-5-427 4) 4) 改变光改变光源源S位置，当位置，当S上上移移时，干涉条纹整体向时，干涉条纹整体向下下平移，条纹间距不变；平移，条纹间距不变； S下移下移时，零级明纹上移，干时，零级明纹上移，干涉条纹整体向涉条纹整体向上上平移；平移； 3)3)d d和和 不变不变, ,双缝与屏幕间距双缝与屏幕间距 减小，减小