杨氏干涉实验实用教案

1、会计学1杨氏干涉杨氏干涉(gnsh)实验实验第一页，共10页。由于由于Sl 和和 S2 对称设置，且大小相等，可以认为由两者发出对称设置，且大小相等，可以认为由两者发出光波在光波在P点的强度相同，则点的强度相同，则P点处干涉条纹点处干涉条纹(tio wn)强度分强度分布为布为20 4 cos ) (9II由坐标由坐标(zubio)可可知光程差为知光程差为2121()x dxdRRrrlD 如果如果(rgu) (rgu) R=0R=020 4 cosxdIID =0, 1, 2(12)Dxmmd 光强极大光强极大，呈现干涉亮条纹；，呈现干涉亮条纹；1 =0, 1, 2(13)2Dxmmd 光强极

2、小光强极小，呈现干涉暗条纹；，呈现干涉暗条纹；第1页/共10页第二页，共10页。条纹间距：相邻两个亮条纹或暗条纹之间的距离条纹间距：相邻两个亮条纹或暗条纹之间的距离这是求解干涉系统中条纹间距的普遍这是求解干涉系统中条纹间距的普遍(pbin)公式公式杨氏干涉杨氏干涉(gnsh)实验中，干涉实验中，干涉(gnsh)图样在图样在z轴附近垂直于双缝连线方向上为一系列平行等距的轴附近垂直于双缝连线方向上为一系列平行等距的明暗直条纹，条纹分布呈现余弦平方变化规律。明暗直条纹，条纹分布呈现余弦平方变化规律。 (14)DedDxmd第2页/共10页第三页，共10页。相干光束会聚相干光束会聚(huj)角：到达干

3、涉场屏幕上某点的两条相角：到达干涉场屏幕上某点的两条相干光线间的夹角干光线间的夹角在实验中，可以通过测量在实验中，可以通过测量 D、d 和和 ，计算求得光波长，计算求得光波长 ；也可以通过也可以通过和和来估算条纹来估算条纹(tio wn)间距间距dDSS1S20qq1r2rPdSS1S20S10q qq qd1r2r1r2rPqxxSS2DR1R2第3页/共10页第四页，共10页。如果(rgu) R0， =0, 1, 2mRxm 1 2=0, 1, 2mRym （/ ）20 4 cosxdRDII光强极大，呈现光强极大，呈现(chngxin)干涉亮条纹；干涉亮条纹；光强极小，呈现光强极小，呈现

4、(chngxin)干涉暗条纹；干涉暗条纹；涉图样相对于涉图样相对于 R=0 的情况的情况，沿着沿着x方向发生了平移。方向发生了平移。干涉级次干涉级次：决定条纹位置的：决定条纹位置的m值，其中光程差越大对值，其中光程差越大对应的干涉级次越高应的干涉级次越高第4页/共10页第五页，共10页。例题：如图所示，利用干涉现象测定气体的折射率。当薄壁容例题：如图所示，利用干涉现象测定气体的折射率。当薄壁容器中充入待测气体并排除空气时，干涉条纹就会发生移动器中充入待测气体并排除空气时，干涉条纹就会发生移动(ydng)，由干涉条纹的移动，由干涉条纹的移动(ydng)情况就可以测定容器中情况就可以测定容器中气体

5、的折射率气体的折射率 问：问：(1) 当待测气体的折射率大于空气的折射率时，干涉条当待测气体的折射率大于空气的折射率时，干涉条纹纹(tio wn)应如何移动？应如何移动？ (2) 设容器长度为设容器长度为 2.0cm，条纹，条纹(tio wn)移动移动 20 条，光波条，光波的波长为的波长为5893，空气的折射率为，空气的折射率为 n =1.000276，求待测气，求待测气体的折射率。体的折射率。 SS1S20qq1r2rPdSS1S20S10q qq qd1r2r1r2rPqxxSS2DR1R2第5页/共10页第六页，共10页。解：解：(1) 设薄壁容器中充入空气时，零级条纹出现在设薄壁容器

6、中充入空气时，零级条纹出现在 O 点，而充入点，而充入待测气体时，零级条纹出现于待测气体时，零级条纹出现于 P 点。此时点。此时(c sh)的光程差的光程差 22()S Qnn l零级条纹零级条纹(tio wn)出现条件是出现条件是 0m 即即 2222()0()S Qnn lS Qnn l考虑考虑(kol)到到 于是，零级条纹（因而所有条纹）应当上移。于是，零级条纹（因而所有条纹）应当上移。 220nnS Q(2) 考察屏幕上的一个固定点移动一个条纹，表明光程差相考察屏幕上的一个固定点移动一个条纹，表明光程差相差一个波长，因此差一个波长，因此 20()20nn lnnl-820 5893 1

7、01.0002761.00086532.0n进而可得进而可得 第6页/共10页第七页，共10页。除了上述杨氏干涉实验外，菲涅耳双棱镜、菲涅耳双除了上述杨氏干涉实验外，菲涅耳双棱镜、菲涅耳双面镜和洛埃镜都属于面镜和洛埃镜都属于(shy)分波面法双光束干涉的分波面法双光束干涉的实验装置。实验装置。SS1S2双棱镜双棱镜Dd第7页/共10页第八页，共10页。M1M2S1S2S菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜 SSMDd洛埃镜洛埃镜第8页/共10页第九页，共10页。在两束光的叠加区内，到处都可以观察到干涉条纹，只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。在这些干涉装置(zhungzh)中，都有限制光束的狭缝或小孔，因而干涉条纹的强度很弱，以致于在实际上难以应用。分波面法双光束干涉的共同分波面法双光束干涉的共同(gngtng)特点特点当用白光进行干涉实验时，由于干涉条纹的光强极值(j