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1、1801年杨氏的双缝实验证明了光可以发生干涉，它年杨氏的双缝实验证明了光可以发生干涉，它归属于分波前法双光束干涉。实验装置如图所示。归属于分波前法双光束干涉。实验装置如图所示。12.2 杨氏干涉实验杨氏干涉实验真空中，真空中，Sl 和和 S2 双缝从来自狭缝双缝从来自狭缝 S 的光波波面上分割的光波波面上分割出很小的两部分作为相干光源，它们发出的两列光波出很小的两部分作为相干光源，它们发出的两列光波在观察屏上叠加，形成在观察屏上叠加，形成干涉条纹干涉条纹。PSIDoS1S2dr1r2双双缝缝单单缝缝屏屏干干涉涉条条纹纹光光强强分分布布点点光光源源干涉干涉图样的计算图样的计算S20q1SS20
2、0q qdxS2DR1R2ly由于由于Sl 和和 S2 对称设置，且大小相等，可以认为由两者对称设置，且大小相等，可以认为由两者发出光波在发出光波在P点的强度相同，则点的强度相同，则P点处干涉条纹强度分点处干涉条纹强度分布为布为由坐标可知光程差为由坐标可知光程差为如果如果 R=0光强极大光强极大，呈现干涉亮条纹；，呈现干涉亮条纹；光强极小光强极小，呈现干涉暗条纹；，呈现干涉暗条纹；条纹间距条纹间距：相邻两个亮条纹或暗条纹之间的距离：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公式这是求解干涉系统中条纹间距的普遍公式杨氏干涉实验中，干涉图样在杨氏干涉实验中，干涉图样在z轴附近
3、垂直于双缝连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。布呈现余弦平方变化规律。相干光束会聚角相干光束会聚角：到达干涉场屏幕上某点的两条相：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 ，计算求得光波计算求得光波长长 ；也可以通过也可以通过和和来估算条纹间距来估算条纹间距SS1S20qq1r2rPld=SS1S20S10q qq qd1r2r1r2rPlq=xxSS2lDR1R2如果如果 R0，光强极大光强极大，呈现干涉亮条纹；，呈现干涉亮
4、条纹；光强极小光强极小，呈现干涉暗条纹；，呈现干涉暗条纹；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，其中光程差越大值，其中光程差越大对应的干涉级次越高对应的干涉级次越高例题：如图所示，利用干涉现象测定气体的折射率。当薄壁例题：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，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，由干涉条纹的移动情况就可以测定容器中气体的折射率由干涉条纹的移动情况就可以测定容器中气体的折射率 问：问：(1) 当待
5、测气体的折射率大于空气的折射率时，干涉条纹当待测气体的折射率大于空气的折射率时，干涉条纹应如何移动？应如何移动？ (2) 设容器长度为设容器长度为 2.0cm，条纹移动，条纹移动 20 条，光波的波长为条，光波的波长为5893，空气的折射率为，空气的折射率为 n =1.000276，求待测气体的折射率。，求待测气体的折射率。 SS1S20qq1r2rPld=SS1S20S10q qq qd1r2r1r2rPlq=xxSS2lDR1R2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中充入空气时，零级条纹出现在 O 点，点，而充入待测气体时，零级条纹出现于而充入待测气体时，零级条
6、纹出现于 P 点。此时的光程差点。此时的光程差 零级条纹出现条件是零级条纹出现条件是 即即 考虑到考虑到 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。 (2) 考察屏幕上的一个固定点移动一个条纹，表明光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，因此程差相差一个波长，因此 进而可得进而可得 除了上述杨氏干涉实验外，除了上述杨氏干涉实验外，菲涅耳双菲涅耳双棱棱镜镜、菲涅耳菲涅耳双面镜双面镜和和洛埃镜洛埃镜都属于分波面法双光束干涉的实验都属于分波面法双光束干涉的实验装置。装置。SS1S2双棱双棱镜镜 菲涅耳双棱镜的干涉菲涅耳双棱镜的干涉菲涅耳双棱
7、镜的干涉菲涅耳双棱镜的干涉M1M2S1S2S 菲涅耳双面镜的干涉菲涅耳双面镜的干涉菲涅耳双面镜的干涉菲涅耳双面镜的干涉菲涅耳双面镜菲涅耳双面镜 洛洛洛洛 埃埃埃埃 镜镜镜镜 的的的的 干干干干 涉涉涉涉SSM洛埃镜洛埃镜在两束光的叠加区内，到处都可以观察到干涉条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。纹，只是不同地方条纹的间距、形状不同而已。在这些干涉装置中，都有限制光束的狭缝或小孔，在这些干涉装置中，都有限制光束的狭缝或小孔，因而干涉条纹的因而干涉条纹的强度很弱强度很弱，以致于在实际上难以应，以致于在实际上难以应用。用。分波面法双光束干涉的共同特点分波面法双光束干涉的共同特点当用白光进行干涉实验时，由于干涉条纹的光强当用白光进行干涉实验时，由于干涉条纹的光强极值条件与波长有关，除了极值条件与波长有关，除了m = 0 的条纹仍是白光以的条纹仍是白光以外，其它级次的干涉条统均为不同颜色分离的彩色条外，其它级次的干涉条统均为不同颜色分离的彩色条纹。纹。白光入射的杨氏双缝干涉照片白光入射的杨氏双缝干涉照片作业作业P334第第2题，第题，第3题题
