第十三章2光的干涉

1、第十三章 2 光的干涉楊氏干涉實(shí)驗(yàn)如果光真的是一種波，兩束光在一定的條件下應(yīng)該發(fā)生干涉。1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象。演示光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)在暗室中用氦氖激光器發(fā)出的紅色激光照射金屬擋板上的兩條平行的狹縫（圖13.2-1甲），在后面的屏上觀察光的干涉情況（圖13.2-1乙）。圖13.2-1用氦氖激光器做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)如圖13.2-2，讓一束單色光投射到一個(gè)有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2相距很近。如果光是一種波，狹縫就成了兩個(gè)波源，它們的振動(dòng)情況總是相同的。這兩個(gè)波源發(fā)出的光在擋板后面的空間互相疊加，發(fā)生干涉現(xiàn)象：光在一些位置相互加強(qiáng)，在另一些

2、位置相互削弱，因此在擋板后面的屏上得到明暗相間的條紋。圖13.2-2楊氏雙縫干涉的示意圖楊氏實(shí)驗(yàn)證明，光的確是一種波。楊氏那時(shí)沒有激光。他用強(qiáng)光照亮一條狹縫，通過這條狹縫的光再通過雙縫，發(fā)生干涉。如今用激光直接照射雙縫，亮度大，便于觀察。決定條紋間距的條件如圖13.2-3所示，S1和S2相當(dāng)于兩個(gè)頻率相同的波源，它們到屏上P0點(diǎn)的距離相同。由于S1和S2發(fā)出的兩列波到達(dá)P0點(diǎn)的路程一樣，所以這兩列波的波峰或波谷同時(shí)到達(dá)P0點(diǎn)。在這點(diǎn)，兩列波的波峰與波峰疊加、波谷與波谷疊加，它們在P0點(diǎn)相互加強(qiáng)，因此這里出現(xiàn)亮條紋。圖13.2-3距離中心P0點(diǎn)越遠(yuǎn)的點(diǎn)，兩條狹縫射來的光的路程差越大。再考察P0點(diǎn)

3、上方的另外一點(diǎn)，例如P1。它距S1比距S2遠(yuǎn)一些，兩列波到達(dá)P1點(diǎn)的路程不相同，兩列波的波峰或波谷不一定同時(shí)到達(dá)P1。如果路程差正好是半個(gè)波長，那么當(dāng)一列波的波峰到達(dá)P1時(shí)，另一列波正好在這里出現(xiàn)波谷。這時(shí)兩列波疊加的結(jié)果是互相抵消，于是這里出現(xiàn)暗條紋。對于更遠(yuǎn)一些的點(diǎn)，例如P2，來自兩個(gè)狹縫的光波的單色光路程差更大。如果路程差正好等于波長，那么，兩列光波的波峰或波谷會(huì)同時(shí)到達(dá)這點(diǎn)，它們相互加強(qiáng)，這里也出現(xiàn)亮條紋。距離屏的中心越遠(yuǎn)，路程差越大。每當(dāng)路程差等于，2，3，時(shí)，也就是每當(dāng)路程差等于，時(shí)兩列光波得到加強(qiáng)，屏上出現(xiàn)亮條紋；每當(dāng)路程差等于，時(shí)，兩列光波相互削弱，屏上出現(xiàn)暗條紋。綜合以上分析

4、，可以說，當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍時(shí)（即恰好等于波長的整數(shù)倍時(shí)）兩列光在這點(diǎn)相互加強(qiáng)，這里出現(xiàn)亮條紋；當(dāng)兩個(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的奇數(shù)倍時(shí)，兩列光在這點(diǎn)相互削弱，這里出現(xiàn)暗條紋?！皟蓚€(gè)光源與屏上某點(diǎn)的距離之差等于半波長的偶數(shù)倍”，包括了“距離之差為零”這種情況。這時(shí)在P0點(diǎn)出現(xiàn)亮條紋。做一做可以用自制的器材來觀察雙縫干涉現(xiàn)象。取經(jīng)過曝光的黑色攝影膠片，放在玻璃板上。把兩只剃須刀片并攏，以刀刃的前端沿直尺在膠片上一次劃出兩道細(xì)縫，縫間距離小于0.1 mm。這樣就做成了雙縫。也可以取一小塊玻璃片，用蠟燭火焰熏黑，然后用刀片以同樣方法劃出兩道透光的狹縫。通過雙縫

5、觀看大約0.5 m以外的白熾燈的燈絲，可以看到在燈絲兩側(cè)細(xì)密地分布著彩色的干涉條紋。雙縫離燈越近，干涉條紋越清晰。既然光是一種波，為什么同時(shí)打開兩盞燈時(shí)觀察不到干涉現(xiàn)象？稍后學(xué)習(xí)激光時(shí)我們會(huì)做些粗淺的討論。問題與練習(xí)1光的干涉現(xiàn)象對認(rèn)識光的本性有什么意義？2兩列光干涉時(shí)，光屏上的亮條紋和暗條紋到兩個(gè)光源的距離與波長有什么關(guān)系？聲的干涉也遵從類似的規(guī)律。設(shè)想在空曠的地方相隔一定位置有兩個(gè)振動(dòng)完全一樣的聲源，發(fā)出的聲波波長是0.6 m，觀察者A離兩聲源的距離分別是4.5 m和5.4 m，觀察者B離兩聲源的距離分別是4.3 m和5.5 m。這兩個(gè)觀察者聽到聲音的大小有什么區(qū)別？3在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)P到雙縫S1