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双缝干涉条纹间距公式的推导——两种方法相干光经双缝后再次在屏上相遇互相叠加,形成了稳定的明暗相间的干涉条纹,理论和实验都证明:在两狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下,单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长成正比,现简要推导如下:推导1 如图,o是s1s2的中垂线与屏的交点;d是s

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1. 光的干涉课件配套优秀获奖教案

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双缝干涉条纹间距公式的推导——两种方法

相干光经双缝后再次在屏上相遇互相叠加,形成了稳定的明暗相间的干涉条纹,理论和实验都证明:在两狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下,单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长成正比,现简要推导如下:

推导1 如图,o是s1s2的中垂线与屏的交点;d是s1、s2的距离;l是缝与屏的距离;x是p点到o点的距离;r1、

r2是屏上P点到s1、s2的距离;设s1、s2到P点的路程差为δ= r1- r2,由图可知

根据(4)、(5)两式可知:相邻两条明纹(或暗纹)间距离均为Δx =1/d λ ,而l、d和λ都为定值,所以屏上的干涉条纹是等间距的。

[应用] 相干光经双缝产生干涉现象,当发生如下变化时,干涉条纹如何变化?(1)屏幕移近;(2)缝距变小;(3)波长变长;

[分析] 由公式Δx = 1/dλ可知,相邻两条明纹(或暗纹)间距离Δx与l、λ成正比,与d成反比。

(1)若屏幕移近,则l变小,因此条纹间距Δx变小,条纹变得密集。

(2)若缝距d变小,则Δx变大,条纹变得稀疏。

(3)若波长λ变长,则Δx变大。因此若入射光为白光,则中央明纹(白色)的两侧,出现彩色条纹,且靠近中央明纹的是紫光。

另外在研究干涉现象时,一般不称呼明条纹和暗条纹它们的宽度是多少,这是因为从光的能量角度讲,从明条纹到暗条纹衔接处,是连续变化的,没有分界线。

推导2

y

dO 

2·

·

d

2x dd的点与的点为两波源。这两个波源的振动22情况完全相同,则这两个波源发生干涉时的加强区为到两个波源的距离差为波长整数倍n如图建立直角坐标系,其x轴上横坐标为(零除外)的双曲线簇。其中的方程为:

dd,0、,0为所有双曲线的公共焦点。这个双曲线簇22x2n22y2dn22221

y ·

O d·

2

d

2x

用直线yl去截这簇双曲线,直线与双曲线的交点为加强的点。将yl代入双曲线簇的方程,有:

l2

1

解得:xn4222222dnndn222x2l2上式中,d的数量级为10m,为10m。故dnd,x的表达式简化为:

472222l2xn42

d

l24其中l的数量级为10m,d的数量级为10m。故210,x的表达式简化为:

d04l2nl

xn2dd可见,交点横坐标成一等差数列,公差为(1)条纹是等间距的;

(2)相邻两条纹的间距为l,这说明:

dl。

d至此,证明了条纹间距公式:x

l。

d

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