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光学

光的干涉——杨氏实验

在杨氏双缝实验中改变波长、双缝间距和屏距,测量条纹间距;用模拟读数验证 i=λD/ai = \lambda D/a。

高中

器材

  • 经双缝的相干光源——“波长 λ”滑块(400–700 nm)
  • “缝距 a”与“屏距 D”滑块
  • 条纹屏、强度图及条纹间距读数
  • “重置参数”按钮

实验步骤

  1. 固定 a 和 D,扫动波长

    固定“缝距 a”和“屏距 D”;把“波长 λ”从 400 nm 拖到 700 nm,观察条纹变宽。记录两个波长下的读数 i(mm),按 i=λD/ai = \lambda D/a 验证 i₂/i₁ ≈ λ₂/λ₁。

  2. 扫动 a 和 D,建立对照表

    依次减小 a、增大 D;每次读取 i 并与 λD/a\lambda D/a 的计算值列入表格对照。验证 i 与 a 成反比、与 D 成正比;测量之间用“重置参数”回到标准配置。

  3. 按颜色预测条纹分布

    把 λ 设到光谱两端,在观察前预测哪种条纹更宽;解释为何杨氏无需显微仪器——只用测量条纹间距的尺子——就能测出可见光波长。

模拟

实验历史

1801 年,托马斯·杨在皇家研究院展示了用两条窄缝分开光束的实验,得到明暗相间的条纹——这是光波动性的首个实验证据,与牛顿所代表的微粒说相对立。他由条纹间距估算可见光波长不足一微米,这在当时令人惊异。 奥古斯丁·菲涅尔发展了定量波动理论,并于 1816 年用双棱镜无需狭缝便产生两个相干光源。光速测量(斐索–傅科,1850)确立波动说后,双缝实验成为经典;在量子力学中它仍是波粒二象性的标准演示。

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