❶ 什麼是光的干涉
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定義
干涉現象是波動獨有的特徵,如果光真的是一種波,就必然會觀察到光的干涉現象.1801年,英國物理學家托馬斯·楊(1773—1829)在實驗室里成功地觀察到了光的干涉.
兩列或幾列光波在空間相遇時相互疊加,在某些區域始終加強,在另一些區域則始終削弱,形成穩定的強弱分布的現象。
[編輯本段]產生穩定干涉的條件:
只有兩列光波的頻率相同,位相差[1]恆定,振動方向一致的相干光源,才能產生光的干涉。由兩個普通獨立光源發出的光,不可能具有相同的頻率,更不可能存在固定的相差,因此,不能產生干涉現象。
[編輯本段]說明
①在交迭區域內各處的強度如果不完全相同而形成一定的強弱分布,顯示出固定的圖象叫做干涉圖樣。也即對空間某處而言,干涉迭加後的總發光強度不一定等於分光束的發光強度的迭加,而可能大於、等於或小於分光束的發光強度,這是由波的疊加原理決定的(即波峰和波峰相加為兩倍的波峰)。
②通常的獨立光源是不相乾的。這是因為光的輻射一般是由原子的外層電子激發後自動回到正常狀態而產生的。由於輻射原子的能量損失,加上和周圍原子的相互作用,個別原子的輻射過程是雜亂無章而且常常中斷,持續對同甚短,即使在極度稀薄的氣體發光情況下,和周圍原子的相互作用已減至最弱,而單個原子輻射的持續時間也不超過10^-8秒。當某個原子輻射中斷後,受到激發又會重新輻射,但卻具有新韻初相位。這就是說,原子輻射的光波並不是一列連續不斷、振幅和頻率都不隨時間變化的簡諧波,即不是理想的單色光,而是如圖所示,在一段短暫時間內(如τ=10-8s)保持振幅和頻率近似不變,在空間表現為一段有限長度的簡諧波列。此外,不同原子輻射的光波波列的初相位之間也是沒有一定規則的。這些斷續、或長或短、初相位不規則的波列的總體,構成了宏觀的光波。由於原子輻射的這種復雜性,在不同瞬時迭加所得的干涉圖樣相互替換得這樣快和這樣地不規則,以致使通常的探測儀器無法探測這短暫的干涉現象。
盡管不同原子所發的光或同一原子在不同時刻所發的光是不相乾的,但實際的光干涉對光源的要求並不那麼苛刻,其光源的線度遠較原子的線度甚至光的波長都大得多,而且相干光也不是同一時刻發出的。這是因為實際的干涉現象是大量原子發光的宏觀統計平均結果,從微觀上來說,光子只能自己和自己干涉,不同的光子是不相乾的;但是,宏觀的干涉現象卻是大量光子各自干涉結果的統計平均效應。
③由於六十年代激光的問世,已使光源的相乾性大大提高,同時快速光電探測儀器的出現,探測儀器的時間響應常數縮短,以至可以觀察到兩個獨立光源的干涉現象。另,在現在的高中課本中,已經有光的干涉實驗,用激光或者同一燈泡通過雙縫進行實驗).
1963年瑪格亞和曼德用時間常數為10^-8~10^-9秒的變像管拍攝了兩個獨立的紅寶石激光器發出的激光的干涉條紋。可目視分辨的干涉條紋有23條。
④相干光的獲得。對於普通的光源,保證相位差恆定成為實現干涉的關鍵。為了解決發光機制中初相位的無規則迅速變化和干涉條紋的形成要求相位差恆定的矛盾,可把同一原子所發出的光波分解成兩列或幾列,使各分光束經過不同的光程,然後相遇。這樣,盡管原始光源的初相位頻繁變化,分光束之間仍然可能有恆定的相位差,因此也可能產生干涉現象。
通常採用的方法有兩種:
a.分波陣面法。將點光源的波陣面分割為兩部分,使之分別通過兩個光具組,經反射、折射或衍射後交迭起來,在一定區域形成干涉。由於波陣面上任一部分都可看作新光源,而且同一波陣面的各個部分有相同的位相,所以這些被分離出來的部分波陣面可作為初相位相同的光源,不論點光源的位相改變得如何快,這些光源的初相位差卻是恆定的。楊氏雙縫、菲涅耳雙面鏡和洛埃鏡等都是這類分波陣面干涉裝置。
b.分振幅法。當一束光投射到兩種透明媒質的分界面上,光能一部分反射,另一部分折射。這方法叫做分振幅法。最簡單的分振幅干涉裝置是薄膜,它是利用透明薄膜的上下表面對入射光的依次反射,由這些反射光波在空間相遇而形成的干涉現象。由於薄膜的上下表面的反射光來自同一入射光的兩部分,只是經歷不同的路徑而有恆定的相位差,因此它們是相干光。另一種重要的分振幅干涉裝置,是邁克耳孫干涉儀。
⑤光的干涉現象是光的波動性的最直接、最有力的實驗證據。光的干涉現象是牛頓微粒模型根本無法解釋的,只有用波動說才能圓滿地加以解釋。由牛頓微粒模型可知,兩束光的微粒數應等於每束光的微粒之和,而光的干涉現象要說明的卻是微粒數有所改變,干涉相長處微粒數分布多;干涉相消處,粒子數比單獨一束光的還要少,甚至為零。這些問題都是微粒模型難以說明的。再從另一角度來看光的干涉現象,它也是對光的微粒模型的有力的否定。因為光總是以3×10^8m/s的速度在真空中傳播,不能用人為的方法來使光速作任何改變(除非在不同介質中,光速才有不同。但對於給定的一種介質,光速也是一定的)。干涉相消之點根本無光通過。那麼按照牛頓微粒模型,微粒應該總是以3×10^8m/s的速度作直線運動,在干涉相消處,這些光微粒到那裡去了呢?如果說兩束微粒流在這些點相遇時,由於碰撞而停止了,那麼停止了的(即速度不再是3×lO^8m/s,而是變為零)光微粒究竟是什麼東西呢?如果說是移到干涉相長之處去了,那麼又是什麼力量使它恰恰移到那裡去的呢?所有這些問題都是牛頓微粒模型根本無法回答的。然而波動說卻能令人信服地解釋它,並可由波在空間按一定的位相關系迭加來定量地導出干涉相長和相消的位置以及干涉圖樣的光強分布的函數解析式。
因此干涉現象是波的相干迭加的必然結果,它無可置疑地肯定了光的波動性,我們還可進一步把它推廣到其他現象中去,凡有強弱按一定分布的干涉圖樣出現的現象,都可作為該現象具有波動本性的最可靠最有力的實驗證據。
❷ 在「用雙縫干涉測量光的波長」實驗中:(1)下圖為實驗裝置圖,圖中虛線框位置的組件名稱是____,它的作
(1) 濾光片 、 獲得單色光
(2) 分刻板中心刻度線一定在視場中心 、50分度的游標卡尺(中內學階段不估容讀)無法讀得第二個示數 (3) 不能 ❸ 光的干涉的原理是什麼
(1)雙縫干涉 ❹ 用雙縫干涉測光的波長.實驗裝置如圖甲所示,已知雙縫與屏的距離L,雙縫間距d.用測量頭來測量亮紋中心的
❺ 在「用雙縫干涉測量光的波長」的實驗中,實驗裝置如圖所示.(1)在光具座上放置的光學元件依次為A光源、
(1)本來實驗單縫必須形自成線光源,h應該在1mm以下,再根據雙縫干涉條紋間距公式,d越小,L越大,條紋間距越大,越清晰,
(3)如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上,條紋間距測量值偏大,根據雙縫干涉條紋的間距公式△x=
故答案為:(1)波光片,單縫,雙縫;(2)11.1,15.6,0.75;(3)大於. ❻ 分別用兩種不同的單色光a、b做雙縫干涉實驗.在實驗裝置不變的情況下,發現a光條紋間距大於b光條紋間距. 由題意可知,a光條紋間距大於b光條紋間距,根據公式△x=
A、在真空中傳播時,所有光的傳播速度均相同,故A錯誤. B、紫光的頻率比紅光的頻率大,即a光的頻率比b光的頻率小.故B錯誤. C、對玻璃,紫光的折射率大,紅光的折射率小,即對a光的折射率比b光的折射率小.故C正確. D、根據sinC=
故選:C. ❼ 用雙縫干涉測光的波長.實驗裝置如圖甲所示,已知單縫與雙縫間的距離L1=100mm,雙縫與屏的距離L2=700mm,
(1)測第1條時固定刻度讀數為2mm,可動刻度讀數為0.01×19.1=0.191mm,
代入數據得:λ=676nm. (3)A、根據△x=
B、根據△x=
C、D、根據△x=
故選:BD. 故本題答案為:(1)2.191,7.869;(2)
❽ 如圖是對兩種不同色光用同一個雙縫干涉的裝置做實驗時得到的干涉圖樣。下列說法正確的是() 亮紋間的距離是指條紋中心的距離,也可以說,是最亮或最暗的點的距離。 ❾ 氫原子發出的a、b兩種頻率的可見光經同一雙縫干涉實驗裝置,分別得到如圖甲、乙所示的干涉圖樣.若讓a、b A、a光照射產生的條紋來間距小於b光照射產自生的條紋間距,根據雙縫干涉條紋的間距公式△x=
C、由前面分析知a光的頻率大於b光的頻率,所以a的折射率大於b的折射率.折射率大的側移距離大,故入射角i相同,a光的側移距離大於b光的側移距離,故C正確D錯誤. 故選:AC. ❿ 什麼是光的干涉產生光的干涉現象的條件是什麼 光的干涉現象 : 它是指因兩束光波相遇而引起光的強度重新分布的現象。 條件: 兩束光波相遇產生干涉現象的必要條件是: ①頻率相同; ②光矢量(即電場強度矢量E)的振動方向相同; ③在相遇處兩束光的相位差恆定。 為了實現相干光的干涉,還應注意:兩相干光至相遇點的光程差不能太大,以不超過波列長度(即相干長度)為限;兩相干光的振幅不能相差太大,以保證干涉條紋明顯可辨。 拓展資料一、產生相干光波 1、分波陣面法 分波陣面法。將點光源的波陣面分割為兩部分,使之分別通過兩個光具組,經反射、折射或衍射後交迭起來,在一定區域形成干涉。由於波陣面上任一部分都可看作新光源,而且同一波陣面的各個部分有相同的位相,所以這些被分離出來的部分波陣面可作為初相位相同的光源,不論點光源的位相改變得如何快,這些光源的初相位差卻是恆定的。楊氏雙縫、菲涅耳雙面鏡和洛埃鏡等都是這類分波陣面干涉裝置。 2、分振幅法 分振幅法。當一束光投射到兩種透明媒質的分界面上,光能一部分反射,另一部分折射。這方法叫做分振幅法。最簡單的分振幅干涉裝置是薄膜,它是利用透明薄膜的上下表面對入射光的依次反射,由這些反射光波在空間相遇而形成的干涉現象。由於薄膜的上下表面的反射光來自同一入射光的兩部分,只是經歷不同的路徑而有恆定的相位差,因此它們是相干光。另一種重要的分振幅干涉裝置,是邁克耳孫干涉儀。 3、干涉條紋 在各種干涉條紋中,等傾干涉條紋和等厚干涉條紋是比較典型的兩種。以上假定光源發出的是單色光(或者用濾光片從光源所發的許多波長的光中取出某一單色光)。當光源發出的許多波長的光皆發生干涉時,會形成彩色干涉條紋(見白光條紋)。 二、干涉分類 1、雙光波干涉 即兩個成員波的干涉。楊氏雙孔和雙縫干涉、菲涅耳雙鏡干涉及牛頓環等屬於此類。雙光波干涉形成的明暗條紋都不是細銳的,而是光強分布作正弦式的變化,這就是雙光波干涉的特徵。多光波干涉則可形成細銳的條紋。 2、多光波干涉 即多於兩個成員波的干涉。陸末-格爾克片干涉屬於此類。圖中A為平行平板玻璃,光的干涉一端開有傾斜的入射窗BC。從S發出的源波經BC進入玻璃片後在其上、下表面間多次反射。每次在上表面反射時,皆同時有一波折射入空氣中。所有各次折射入空氣中的波就是從同一源波按分振幅方式造成的一組成員波。在透鏡L 的焦平面Π上觀測干涉條紋。相鄰兩波在P點的位相差為式中λ 為光波在真空中的波長,n為玻璃的折射率,t為玻璃片厚度,β 為玻璃片內的光程輔助線與表面法線的夾角。在接收面光強分布的條紋十分細銳,這是多光波干涉的特徵。 3、偏振光的干涉 在以上所舉的干涉中,各成員波在考察點處可認為偏振方向大體一致。當參與干涉的兩個成員波的偏振面夾有一定角(例如 90°)時,如何產生干涉見偏振光的干涉。 與幾種光的干涉實驗裝置相關的資料
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