失眠网,内容丰富有趣,生活中的好帮手!
失眠网 > 参考一:双缝干涉与波长测量

参考一:双缝干涉与波长测量

时间:2018-10-05 19:01:03

相关推荐

参考一:双缝干涉与波长测量

小孔衍射

波(水波、光)经过小孔或小缝,变成以小孔为圆心的子波继续传播的现象

双缝干涉

波经过两个小缝后,各自衍射而后相互叠加,双缝干涉示意图:

实际的实验效果图:

人眼看到的光,频率直接反应为颜色,振幅反应为亮度;根据水波的规律,可以用此现象来测量光的波长。

如下图:

先让光经过小孔O衍射,三角形ABO是以AB为底的等腰三角形,则同一列波到达AB两点的相位相同,进而干涉:

1.红色代表从A发出的波,蓝色代表从B发出的波

2.实线代表波峰,虚线代表波谷

3.由于两列波相位一致,可以证明任意两条亮纹或暗纹的间距为:小孔到屏幕距离×波长÷小孔间距

仍以上图为例:

其中:

ABO在屏幕上的投影分别为CDK,即K在中间亮纹上,从A和B发出的波峰或波谷叠加,且距离相等(同时为第i个波峰或波谷)

点P是中间亮纹的相邻亮纹,显然是B第i+1个波峰和A发出的第i个波峰叠加,即距离差为一个波长

将PK的距离设为y,AP长为s1,BP长为s2,双缝到屏幕投影距离为x,对于直角三角形ACP根据勾股定理有:

(上传图片自动加水印,需耐心,下同)

同理,对于三角形BDP有:

两式做差得:

上面已经推出,两个缝到P点的距离差一个波长,记为λ有:

图中每个点的坐标都是已知的,你可以使用余弦定理,或者勾股定理间接进行精确的计算s2+s1,在高等数学课上打过瞌睡的同学,可以用极限的思想,认为s2+s1→2x(光的波长很短,必须用小缝投影很长的距离),即:

也就是相邻亮纹,或相邻暗纹的距离,乘以双缝间距,再除以投影距离即为波长。

顺便提一下,只要AB的波相位一致,开始时处于什么状态(波峰、波谷、其他)都不影响,做差后都是一个波长;

细心的同学会发现,如果中间亮纹正好在波峰或波谷叠加位置,其他亮纹似乎并不正好也在叠加位置;

太对了!

不过跟s1+s2→2x的道理一样,这个误差非常小;同时,如果想要更精确的测量波长,就要加强光强度,增大投影距离。

还有一种常见想法,能否控制电路的频率,使得无线电波的波长是可见光?

可以的,不过要知道纳米级的波长对应的频率是THz(万亿次每秒)级别,如果是水轮发电,在这样的转速下,不是融化那么简单,恐怕要发生核反应了,自然中就存在这样的电路,比如氩原子激发产生的激光。

现代科技已经有各种仪器和手段精确的测量电磁波的波长,但是这个思想的启发意义仍然很有用;

另外,双缝干涉是托马斯·杨,以自己的聪明才智挑战物理学巨人牛顿搞的小动作,而后来大量的牛人不断的鬼畜他的作品,使得量子物理一再挑战人类的认知,甚至是三观,参见:

双缝干涉进(变)化(态)史。

如果觉得《参考一:双缝干涉与波长测量》对你有帮助,请点赞、收藏,并留下你的观点哦!

本内容不代表本网观点和政治立场,如有侵犯你的权益请联系我们处理。
网友评论
网友评论仅供其表达个人看法,并不表明网站立场。