杨氏双缝干涉实验
自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，研究光的反射、折射、成像等规律的几何光学基本确立。惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说，认为光是以波的方式产生和传播的，但早期的波动理论缺乏数学基础，很不完善，没有得到重视。19世纪初，托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论，成功的解释了干涉现象，并成功做出了著名的杨氏双缝干涉实验，为光的波动理论确定了实验基础。
【实验目的】
1、 观察杨氏双缝干涉现象
2、 测量光波波长
【实验仪器】
钠光灯（加圆孔光栏）、凸透镜L：f=50mm、二维调整架、单面可调狭缝、双缝、干板架、测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）、读数显微镜架、升降调节座
1.钠光灯（加圆孔光栏）2.凸透镜L：f=50mm 3.二维调整架4.单面可调狭缝5.双缝
6.干板架7.测微目镜Le（去掉其物镜头的读数显微镜）8.读数显微镜架9-12.升降调节座
图 1杨氏实验装置图
【实验原理】
杨氏双缝干涉是利用分波面法获得相干光的方法，杨氏双缝干涉实验的装置如图 1所示，其原理如图 2。在普通单色光源（如钠光灯）前面放一单缝S，在S的前方，再放一个开有双缝S1和S2的屏。S1和S2彼此相距很近，且到S等距。根据惠更斯原理，S1和S2将向前发射次波（球面波），形成的相干波在距离为D的接收屏上叠加，形成干涉图样。实验可以不用接收屏，而用测微目镜直接观测，并测量数据用以计算。
图 2 杨氏实验原理图
设两个双缝S1和S2的间距为d，它们到屏幕的垂直距离为D（屏幕与两缝连线的中垂线相垂直）。
因为S1和S2到S的距离相等，S1和S2处的光振动就具有相同的相位，屏幕上各点的干涉强度将由两束光的光程差决定。在屏幕上建立坐标系，原点O位于S1和S2连线的中垂线上，向上为坐标正方向。设屏幕上任意一点P，坐标为x，S1和S2到P点的 距离分别为r1和r2，根据几何关系有
(1)
( 2)
由上两式可以得到
( 3)
因为
，
，所以
若整个装置放在空气中，则相干光到达P点的光程差为：
( 4)
1、干涉条件
由干涉条件
当P点满足 明纹，
当P点满足 暗纹，（ ）
2、屏幕上各级干涉条纹的位置
明纹 （ 5）
暗纹，（ ） （ 6）
3、条纹间距
由上二式可计算出相邻明纹或暗纹之间的距离相等，用
x表示，它反映了条纹的疏密程度。由( 5)或（ 6）式得
相干条纹的间距为
( 7)
变换可得：
（ 8）
这就是本实验所要使用的原理公式。从实验中测得D，d以及x，即可由上式算出波长
。
4、入射光波长不同，条纹间距不同。
5、白光入射时,除中央的零级明条纹为白色外，其余各级条纹均为彩色，在白色的中央明纹两侧出现对称的各级彩色明条纹.但在较高级次会因重叠而模糊不清。
【实验内容与步骤】
1、 把全部仪器按照图 1杨氏实验装置图在平台上摆放好，并调成共轴等高系统。钠光灯（加圆孔光栏）经透镜聚焦于狭缝上。使单缝和双缝平行（都和目镜的刻线平行），而且由单缝射出的光照射在双缝的中间。
2、 适当调窄单缝，使在目镜视场中看到干涉条纹，进一步并调节单缝和双缝的平行度（调节单缝即可），使干涉条纹位于目镜中心且最清晰。
3、 用微测目镜测出连续6条干涉条纹的位置，用逐差法求出条纹间距
，用微测目镜测量双缝间距d，用米尺测出双缝到微测目镜焦平面上叉丝分化板的距离D。把测出的各量代入到公式
中求出波长
。
【数据处理】
表 1 条纹间距的测量 （单位：mm）
条纹位置
|
3△x
|
|
|
|
X1
|
|
X4
|
|
|
|
|
|
X2
|
|
X5
|
|
|
X3
|
|
X6
|
|
|
表 2 双缝间距及双缝至屏的距离的测量 （单位：mm）
测量次数
物理量
|
1
|
2
|
3
|
平均值
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—————
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
—————
|
1、 根据所测数据用逐差法计算波长
2、 评定波长的不确定度、相对不确定度，写出测量结果表达式。
3、 由钠光的标准波长589.3纳米计算测量结果的百分误差。
【思考题】
1、 用同一种颜色的光照射时，双缝间距d与干涉条纹疏密有何关系？
2、 用不同颜色的光照射时，光的波长
与干涉条纹疏密有何关系？
