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光的双缝干涉

1801年，ThomasYoung获得了光具有波动性的有力证据。由点光源发出的光照射到一个具有双缝的屏上，如果光由很小的粒子（或牛顿描述的“微粒”）组成，则在双缝后的接收屏上应该看到两根亮线，而Young看到了一系列的亮线。Young用波的干涉现象解释了这一结果，从此奠定了光的波动理论的发展基础。当然，当时他所建立的波动理论是在弹性以太中传播的横波。直到1865年，麦克斯韦建立了光的电磁波理论，才完成了光的波动理论的最后形式，该理论是现代光电技术和光纤技术等高新技术的发展基础。

【实验目的】
对激光通过双缝形成的干涉图案的研究，了解光的波动性。
测量双缝形成的干涉图案光强分布，说明干涉条纹的极大值位置与理论预见的一致性。
对在物理量的测量中如何使用计算机控制实时测量系统有初步的掌握。

【实验原理】
通常，当如图18-1所示的双缝间距远小于双缝到用于观察干涉分布的接收屏的距离时，从缝的边缘发出的光线基本平行。这时候，当光线通过一双缝相互作用产生干涉条纹时，干涉条纹极大值对应的角度θ有下列关系：
（18-1）
d
缝
θ
D
y
m=2
m=1
m=0
m=-1
m=-2
图1
其中，d是双缝间距，θ是条纹中心极大到第m级极大值的张角，λ为光波波长，m为条纹级次（1为第一极大，2为第二极大，…）。

由于张角通常很小，假定，又有三角关系得，，其中，y为零级明条纹中心到第m级明条纹中心的距离，Ｄ是狭缝到屏的距离，见图18-1。由干涉方程可得到双缝间距：
(18-2)
θ
m=0
m=1
m=2
m=-1
m=-2
尽管干涉条纹是由两个狭缝射出的光束相互作用产生的，但也存在单缝衍射的影响（关于单缝衍射光强分布的分析见实验二十），故产生如图18-2所示的包络。
图2单缝衍射包络
在本实验中，利用光传感器测量由单色激光通过电镀的双缝以后产生的干涉花样的光强极大值的强度。而由线性运动附件的旋转运动传感器测量干涉花样光强极大值的相对位置。Scienceworkshop程序记录和显示光强极大值的强度和相对位置，并绘出其强度随位置变化的曲线。

【实验仪器】
ScienceWorkshopInterface750（传感器数据采集接口电路）、二极管激光器、双缝圆盘、基座和支撑杆附件托架（用于放置衍射屏）、衍射屏、光传感器、旋转运动传感器(RMS)、线性运动附件（用于RMS）、计算机。

【实验内容】
1．硬件设置
⑴激光器放在光学滑轨的一端，单缝圆盘放在激光器前约３厘米，见图18-3。
⑵白纸覆盖在屏上，并放置于一光学滑轨的另一端，面向激光器。
⑶检查ScienceWorkshop—Interface750接口是否连接到计算机上。
⑷检查光传感器的DIN插头是否连接到接口上的模拟通道A，旋转运动传感器立体声插头连接到接口上的数字通道1和2(黄色镶边的插头插入数字通道1，另二个插头插入数字通道2)。
(5)旋转圆盘，使宽度为0.04mm，间距为0.25mm的双缝在多缝支架中央。打开激光器背后的电源开关，上下左右调整激光器位置使光斑中心落在狭缝上。
激光器
单缝
屏
图3光学滑轨装置

(6)将光探测器置于线性运动附件末端的夹子上，并使光探测器与线性运动附件互相垂直。
(7)将线性运动附件插入RMS的插槽中，将RMS置于如图18-4所示的光具座另一端的支架上。
(8)调节传感器的方向使带有光探测器的线性运动附件保持水平，调节传感器使光探测器与干涉花样的高度相同。
(9)将光探测器连接到光传感器的BNC连接器上。你无需校准光传感器，但是请将灵敏度调节旋钮顺时针转动到最大值。注意：在下面的实验中，请保持灵敏度调节旋钮的位置不变。

旋转传感器
光传感器
双缝
线性运动附件
元件架
激光束
支撑杆
到750接口
激光器
图4

【思考题】
当双缝间距增大时，两极大值之间的距离将增大、减小，还是不变？
2．当双缝的缝宽增大时，两极大值之间的距离将增大、减小，还是不变？
3．当双缝间距增大时，衍射包络极小值之间的距离将增大、减小，还是不变？