❶ 什么是光的干涉
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定义
干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象.1801年,英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉.
两列或几列光波在空间相遇时相互叠加,在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱,形成稳定的强弱分布的现象。
[编辑本段]产生稳定干涉的条件:
只有两列光波的频率相同,位相差[1]恒定,振动方向一致的相干光源,才能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光,不可能具有相同的频率,更不可能存在固定的相差,因此,不能产生干涉现象。
[编辑本段]说明
①在交迭区域内各处的强度如果不完全相同而形成一定的强弱分布,显示出固定的图象叫做干涉图样。也即对空间某处而言,干涉迭加后的总发光强度不一定等于分光束的发光强度的迭加,而可能大于、等于或小于分光束的发光强度,这是由波的叠加原理决定的(即波峰和波峰相加为两倍的波峰)。
②通常的独立光源是不相干的。这是因为光的辐射一般是由原子的外层电子激发后自动回到正常状态而产生的。由于辐射原子的能量损失,加上和周围原子的相互作用,个别原子的辐射过程是杂乱无章而且常常中断,持续对同甚短,即使在极度稀薄的气体发光情况下,和周围原子的相互作用已减至最弱,而单个原子辐射的持续时间也不超过10^-8秒。当某个原子辐射中断后,受到激发又会重新辐射,但却具有新韵初相位。这就是说,原子辐射的光波并不是一列连续不断、振幅和频率都不随时间变化的简谐波,即不是理想的单色光,而是如图所示,在一段短暂时间内(如τ=10-8s)保持振幅和频率近似不变,在空间表现为一段有限长度的简谐波列。此外,不同原子辐射的光波波列的初相位之间也是没有一定规则的。这些断续、或长或短、初相位不规则的波列的总体,构成了宏观的光波。由于原子辐射的这种复杂性,在不同瞬时迭加所得的干涉图样相互替换得这样快和这样地不规则,以致使通常的探测仪器无法探测这短暂的干涉现象。
尽管不同原子所发的光或同一原子在不同时刻所发的光是不相干的,但实际的光干涉对光源的要求并不那么苛刻,其光源的线度远较原子的线度甚至光的波长都大得多,而且相干光也不是同一时刻发出的。这是因为实际的干涉现象是大量原子发光的宏观统计平均结果,从微观上来说,光子只能自己和自己干涉,不同的光子是不相干的;但是,宏观的干涉现象却是大量光子各自干涉结果的统计平均效应。
③由于六十年代激光的问世,已使光源的相干性大大提高,同时快速光电探测仪器的出现,探测仪器的时间响应常数缩短,以至可以观察到两个独立光源的干涉现象。另,在现在的高中课本中,已经有光的干涉实验,用激光或者同一灯泡通过双缝进行实验).
1963年玛格亚和曼德用时间常数为10^-8~10^-9秒的变像管拍摄了两个独立的红宝石激光器发出的激光的干涉条纹。可目视分辨的干涉条纹有23条。
④相干光的获得。对于普通的光源,保证相位差恒定成为实现干涉的关键。为了解决发光机制中初相位的无规则迅速变化和干涉条纹的形成要求相位差恒定的矛盾,可把同一原子所发出的光波分解成两列或几列,使各分光束经过不同的光程,然后相遇。这样,尽管原始光源的初相位频繁变化,分光束之间仍然可能有恒定的相位差,因此也可能产生干涉现象。
通常采用的方法有两种:
a.分波阵面法。将点光源的波阵面分割为两部分,使之分别通过两个光具组,经反射、折射或衍射后交迭起来,在一定区域形成干涉。由于波阵面上任一部分都可看作新光源,而且同一波阵面的各个部分有相同的位相,所以这些被分离出来的部分波阵面可作为初相位相同的光源,不论点光源的位相改变得如何快,这些光源的初相位差却是恒定的。杨氏双缝、菲涅耳双面镜和洛埃镜等都是这类分波阵面干涉装置。
b.分振幅法。当一束光投射到两种透明媒质的分界面上,光能一部分反射,另一部分折射。这方法叫做分振幅法。最简单的分振幅干涉装置是薄膜,它是利用透明薄膜的上下表面对入射光的依次反射,由这些反射光波在空间相遇而形成的干涉现象。由于薄膜的上下表面的反射光来自同一入射光的两部分,只是经历不同的路径而有恒定的相位差,因此它们是相干光。另一种重要的分振幅干涉装置,是迈克耳孙干涉仪。
⑤光的干涉现象是光的波动性的最直接、最有力的实验证据。光的干涉现象是牛顿微粒模型根本无法解释的,只有用波动说才能圆满地加以解释。由牛顿微粒模型可知,两束光的微粒数应等于每束光的微粒之和,而光的干涉现象要说明的却是微粒数有所改变,干涉相长处微粒数分布多;干涉相消处,粒子数比单独一束光的还要少,甚至为零。这些问题都是微粒模型难以说明的。再从另一角度来看光的干涉现象,它也是对光的微粒模型的有力的否定。因为光总是以3×10^8m/s的速度在真空中传播,不能用人为的方法来使光速作任何改变(除非在不同介质中,光速才有不同。但对于给定的一种介质,光速也是一定的)。干涉相消之点根本无光通过。那么按照牛顿微粒模型,微粒应该总是以3×10^8m/s的速度作直线运动,在干涉相消处,这些光微粒到那里去了呢?如果说两束微粒流在这些点相遇时,由于碰撞而停止了,那么停止了的(即速度不再是3×lO^8m/s,而是变为零)光微粒究竟是什么东西呢?如果说是移到干涉相长之处去了,那么又是什么力量使它恰恰移到那里去的呢?所有这些问题都是牛顿微粒模型根本无法回答的。然而波动说却能令人信服地解释它,并可由波在空间按一定的位相关系迭加来定量地导出干涉相长和相消的位置以及干涉图样的光强分布的函数解析式。
因此干涉现象是波的相干迭加的必然结果,它无可置疑地肯定了光的波动性,我们还可进一步把它推广到其他现象中去,凡有强弱按一定分布的干涉图样出现的现象,都可作为该现象具有波动本性的最可靠最有力的实验证据。
❷ 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中:(1)下图为实验装置图,图中虚线框位置的组件名称是____,它的作
(1) 滤光片 、 获得单色光
(2) 分刻板中心刻度线一定在视场中心 、50分度的游标卡尺(中内学阶段不估容读)无法读得第二个示数 (3) 不能 ❸ 光的干涉的原理是什么
(1)双缝干涉 ❹ 用双缝干涉测光的波长.实验装置如图甲所示,已知双缝与屏的距离L,双缝间距d.用测量头来测量亮纹中心的
❺ 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置如图所示.(1)在光具座上放置的光学元件依次为A光源、
(1)本来实验单缝必须形自成线光源,h应该在1mm以下,再根据双缝干涉条纹间距公式,d越小,L越大,条纹间距越大,越清晰,
(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上,条纹间距测量值偏大,根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
故答案为:(1)波光片,单缝,双缝;(2)11.1,15.6,0.75;(3)大于. ❻ 分别用两种不同的单色光a、b做双缝干涉实验.在实验装置不变的情况下,发现a光条纹间距大于b光条纹间距. 由题意可知,a光条纹间距大于b光条纹间距,根据公式△x=
A、在真空中传播时,所有光的传播速度均相同,故A错误. B、紫光的频率比红光的频率大,即a光的频率比b光的频率小.故B错误. C、对玻璃,紫光的折射率大,红光的折射率小,即对a光的折射率比b光的折射率小.故C正确. D、根据sinC=
故选:C. ❼ 用双缝干涉测光的波长.实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝间的距离L1=100mm,双缝与屏的距离L2=700mm,
(1)测第1条时固定刻度读数为2mm,可动刻度读数为0.01×19.1=0.191mm,
代入数据得:λ=676nm. (3)A、根据△x=
B、根据△x=
C、D、根据△x=
故选:BD. 故本题答案为:(1)2.191,7.869;(2)
❽ 如图是对两种不同色光用同一个双缝干涉的装置做实验时得到的干涉图样。下列说法正确的是() 亮纹间的距离是指条纹中心的距离,也可以说,是最亮或最暗的点的距离。 ❾ 氢原子发出的a、b两种频率的可见光经同一双缝干涉实验装置,分别得到如图甲、乙所示的干涉图样.若让a、b A、a光照射产生的条纹来间距小于b光照射产自生的条纹间距,根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
C、由前面分析知a光的频率大于b光的频率,所以a的折射率大于b的折射率.折射率大的侧移距离大,故入射角i相同,a光的侧移距离大于b光的侧移距离,故C正确D错误. 故选:AC. ❿ 什么是光的干涉产生光的干涉现象的条件是什么 光的干涉现象 : 它是指因两束光波相遇而引起光的强度重新分布的现象。 条件: 两束光波相遇产生干涉现象的必要条件是: ①频率相同; ②光矢量(即电场强度矢量E)的振动方向相同; ③在相遇处两束光的相位差恒定。 为了实现相干光的干涉,还应注意:两相干光至相遇点的光程差不能太大,以不超过波列长度(即相干长度)为限;两相干光的振幅不能相差太大,以保证干涉条纹明显可辨。 拓展资料一、产生相干光波 1、分波阵面法 分波阵面法。将点光源的波阵面分割为两部分,使之分别通过两个光具组,经反射、折射或衍射后交迭起来,在一定区域形成干涉。由于波阵面上任一部分都可看作新光源,而且同一波阵面的各个部分有相同的位相,所以这些被分离出来的部分波阵面可作为初相位相同的光源,不论点光源的位相改变得如何快,这些光源的初相位差却是恒定的。杨氏双缝、菲涅耳双面镜和洛埃镜等都是这类分波阵面干涉装置。 2、分振幅法 分振幅法。当一束光投射到两种透明媒质的分界面上,光能一部分反射,另一部分折射。这方法叫做分振幅法。最简单的分振幅干涉装置是薄膜,它是利用透明薄膜的上下表面对入射光的依次反射,由这些反射光波在空间相遇而形成的干涉现象。由于薄膜的上下表面的反射光来自同一入射光的两部分,只是经历不同的路径而有恒定的相位差,因此它们是相干光。另一种重要的分振幅干涉装置,是迈克耳孙干涉仪。 3、干涉条纹 在各种干涉条纹中,等倾干涉条纹和等厚干涉条纹是比较典型的两种。以上假定光源发出的是单色光(或者用滤光片从光源所发的许多波长的光中取出某一单色光)。当光源发出的许多波长的光皆发生干涉时,会形成彩色干涉条纹(见白光条纹)。 二、干涉分类 1、双光波干涉 即两个成员波的干涉。杨氏双孔和双缝干涉、菲涅耳双镜干涉及牛顿环等属于此类。双光波干涉形成的明暗条纹都不是细锐的,而是光强分布作正弦式的变化,这就是双光波干涉的特征。多光波干涉则可形成细锐的条纹。 2、多光波干涉 即多于两个成员波的干涉。陆末-格尔克片干涉属于此类。图中A为平行平板玻璃,光的干涉一端开有倾斜的入射窗BC。从S发出的源波经BC进入玻璃片后在其上、下表面间多次反射。每次在上表面反射时,皆同时有一波折射入空气中。所有各次折射入空气中的波就是从同一源波按分振幅方式造成的一组成员波。在透镜L 的焦平面Π上观测干涉条纹。相邻两波在P点的位相差为式中λ 为光波在真空中的波长,n为玻璃的折射率,t为玻璃片厚度,β 为玻璃片内的光程辅助线与表面法线的夹角。在接收面光强分布的条纹十分细锐,这是多光波干涉的特征。 3、偏振光的干涉 在以上所举的干涉中,各成员波在考察点处可认为偏振方向大体一致。当参与干涉的两个成员波的偏振面夹有一定角(例如 90°)时,如何产生干涉见偏振光的干涉。 与几种光的干涉实验装置相关的资料
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