实验7:光的干涉和衍射

一、实验目的

直观理解波的干涉现象。可以手动调整波源的振幅,缝宽等,加深同学们的参与度,亲自上手控制波形图样,产生独一无二的干涉图。

目的是对干涉现象加深理解,明白干涉背后的简单原理。另外,明白衍射条纹与小孔的形状和大小的关系。

二、实验原理

两束光要发生稳定的干涉现象,要同时满足两个条件:同频率和固定相位差。

对于双缝干涉,其光路图如下图所示:

其中 \(S\) 为单缝,\(S_1\) 和 \(S_2\)为双缝,\(P\) 为观察屏。如果 \(S\) 在 \(S_1\) 和 \(S_2\) 的中线上,则可以证明双缝干涉的光程差为

\[\Delta=r_2-r_1=d\sin\theta=\frac{dx}{l}\]

式子中,\(d\) 为双缝间距, \(\theta\) 是衍射角, \(l\) 是双缝到观察屏的距离。

当\(\Delta=\frac{dx}{l}=k\lambda\)时,观察屏上呈现亮纹;

当\(\Delta=\frac{dx}{l}=(k+\frac{1}{2})\lambda\)时,观察屏上呈现暗纹。

由干涉原理可知,相邻明纹或相邻暗纹的间距可以证明是相等的,为\(\Delta x=\frac{d\lambda}{l}\),因此,\(\lambda=\frac{\Delta x l}{d}\)。

只要测量出\(l\) 和 双缝间距 \(d\) 以及相邻条纹间距 \( \Delta x\),便可以计算出光波的波长。

三、实验仪器

支持Html5的浏览器。

四、实验步骤

1.选择干涉板块中的激光干涉。任意选择激光颜色,打开光屏,得到干涉条纹,截图保存。

2.测量干涉条纹条纹间距,根据公式计算激光频率,将计算写入实验报告。

3.选择衍射板块(Diffraction),选择1种激光颜色,对每种激光颜色,选择3种不同小孔,观察其衍射图像,并截图保存。对不同图像进行讨论。写入实验报告。

五、开始实验:

实验讲解:

如果无法观看视频,请点击这个链接查看

实验链接:https://phet.colorado.edu/sims/html/wave-interference/latest/wave-interference_zh_CN.html

六、实验报告

完成实验报告,插入截图,交给学习委员汇总。文件名以“班级-学号-姓名-实验名称”命名。