“用双缝干涉测光的波长”实验探究

1问题的提出

2006年高考理综第22题考查了学生实验“用双缝干涉测光的波长”，内容为：(1)利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：

A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄

B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽

C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽

D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄

E.去掉滤光片后，干涉现象消失

其中正确的是：__________。

现行人教版高中物理课本只是对双缝干涉作了简单分析，然后结合插页图给出两个定量结论：第一，在双缝干涉现象里，明条纹或暗条纹之间的距离，总是相等的。第二，条纹的间距跟光波的波长成正比。根据这两个结论，只能确定选项B是正确，似乎只有动手做过该学生实验的同学才能把A、B、D三个正确选项全部选出来。其实情况并非如此，使用过以前的教材版本的老师，一般都会在新授课给出公式Δx=Ldλ，据此条纹间距的公式，即使没有做过该学生实验，也能轻松选出A、B、D三个正确选项。可见，实验笔试考查学生的动手操作能力还是很困难的。而仅仅依靠记忆的各种公式来解决问题，往往缺乏对问题实质性的理解。

2双缝干涉实验

2.1实验条件的获得

“双缝干涉”是光的波动说的最重要实验之一，具有里程碑的意义。要使两列光产生干涉，其充分条件是：①两束光的频率相同；②在相遇点的振动方向几乎沿同一直线；③在观察时间内，在相遇点的两振动的相位差保持不变。由于相干光源难以获得，双缝干涉现象的发现几乎拖延了一个世纪的时间。姗姗来迟的杨氏双缝实验装置的绝妙之处是“从线光源S发生的单色光同时传到双缝S1，S2，这两光源不仅满足相干光的条件，而且相位总是相等的。”

2.2疑难问题的讨论

①双缝干涉图样是一组直线状条纹，那么双孔干涉图样是——组圆环状条纹吗?

双孔干涉原理与双缝干涉原理相同，故在通常的观察条件下，双孔干涉图样也是一组直线状条纹。之所以用双缝代替双孔，是为了得到同样清晰但是明亮得多的干涉图样。狭缝代替圆孔后，狭缝可看成是许多小孔的集合，可以在狭缝中找出许多组“点光源”。光通过狭缝时，每组“点光源”形成的图样在平行条纹方向上部分重叠，结果使得条纹变长变亮。

②在做双缝干涉实验时，演示实验中无单缝S，学生分组实验中有单缝，该单缝是不是可有可无?

演示实验中采用激光光源，激光器中受激辐射出的是频率、发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全相同的全同光子。当激光束经分束装置分为两束，则此两束光就有很好的相干性，所以不需要单缝。而学生实验中的灯泡在不同时刻发出的光频率不同，同一时刻灯泡的不同部位发出的光频率也不同，如果没有单缝，则穿过双缝的两束光将不能构成相干光源。

③在教科书的彩图及课堂演示中，都可看到各明条纹距中央明条纹越远，则其宽度会变得越窄。这种现象与“条纹等宽”的结论不符合，为什么?

当参与叠加的各光束本身的传播行为可近似用几何光学直线传播的模型来描写时，这个叠加问题是纯干涉问题。在一般问题中，就每一光束本身而言都存在着衍射，当干涉装置中的衍射效应不能忽略时，干涉条纹的分布就要受到单缝衍射因子的调制，各明条纹的宽度就不再完全相等。

2.3简易双缝干涉实验方法

操作程序：①从易拉罐盒上用剪刀剪下个6cm×4cm的长方形铝片，用刀片在长方形铝片上划出两距离很小的窄缝；②从文具店购买价值3元的激光笔一支；③用激光束照射长方形铝片的两条狭缝，调节缝与屏的距离，即可观察到单色的干涉条纹。

实验优点：①原理简单，取材方便，可激发学生的兴趣，培养学生的动手实验能力；②操作方便，不必到暗室进行，在教室中就可观察到实验现象，而且学生可课后自行操作体验。

观察双缝干涉的实验可以使学生获得比较直观认识，但光的波动模型很抽象，学生仍难以想象光以什么形式的波如何向前传播并叠加。因特网上已经有若干个版本的双缝干涉CAI课件，可以用Google搜索获得。有的CAI动画中光是以一份一份的光波连续不断地向前传播的，当一份光波遇到双缝时，两个距离非常近的双缝将该光波分成两份光波，当两列光波在相遇的区域内叠加时，产生干涉图样。运用CAI课件辅助教学，有利于将抽象的光的波动模型形象化，加深对知识的理解。

(栏目编辑王柏庐)

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

推荐访问:波长 探究 干涉 测光 实验

---