波的干涉:修订间差异
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两条狭缝相距 <math>d</math>,屏到狭缝的距离为 <math>L</math>,且 <math>L\gg d</math>。屏上离中央亮纹偏移 <math>y</math> 的点,对应传播方向与中央方向夹角 <math>\theta</math>。在远场几何近似下,路程差 <math>\delta\approx d\sin\theta</math>;若角度又很小,<math>\sin\theta\approx y/L</math>,所以第 <math>m</math> 级亮纹的位置约为 | 两条狭缝相距 <math>d</math>,屏到狭缝的距离为 <math>L</math>,且 <math>L\gg d</math>。屏上离中央亮纹偏移 <math>y</math> 的点,对应传播方向与中央方向夹角 <math>\theta</math>。在远场几何近似下,路程差 <math>\delta\approx d\sin\theta</math>;若角度又很小,<math>\sin\theta\approx y/L</math>,所以第 <math>m</math> 级亮纹的位置约为 | ||
<math display="block">y_m\approx\frac{m\lambda L}{d},\qquad \Delta y\approx\frac{\lambda L}{d}.</math> | <math display="block">y_m\approx\frac{m\lambda L}{d},\qquad \Delta y\approx\frac{\lambda L}{d}.</math> | ||
取单色光真空波长 <math>\lambda=600\,\mathrm{nm}</math>、缝距 <math>d=0.30\,\mathrm{mm}</math>、屏距 <math>L=2.0\,\mathrm m</math> | 取单色光真空波长 <math>\lambda=600\,\mathrm{nm}</math>、缝距 <math>d=0.30\,\mathrm{mm}</math>、屏距 <math>L=2.0\,\mathrm m</math>。把三个量先换成米,相邻亮纹间距为 | ||
<math display="block">\Delta y=\frac{\lambda L}{d}=\frac{(600\times10^{-9})(2.0)}{0.30\times10^{-3}}\,\mathrm m.</math> | |||
计算得到 <math>\Delta y=0.0040\,\mathrm m=4.0\,\mathrm{mm}</math>。把缝距减半,条纹间距加倍;这说的是符合远场、小角度条件时的几何位置,实际条纹亮度还受到单缝衍射包络影响。 | |||
[[File:Gezhi-physics-interference-fringes.svg|frame|center|alt=屏上的中央亮纹及左右相邻两条亮纹,中心间距各四毫米;下方强度曲线在亮纹处达峰值、暗纹处降至零|同幅图把屏上位置与强度对应起来;零强度仅表示理想等强、同偏振、相干的两路叠加。]] | [[File:Gezhi-physics-interference-fringes.svg|frame|center|alt=屏上的中央亮纹及左右相邻两条亮纹,中心间距各四毫米;下方强度曲线在亮纹处达峰值、暗纹处降至零|同幅图把屏上位置与强度对应起来;零强度仅表示理想等强、同偏振、相干的两路叠加。]] | ||
2026年10月9日 (五) 08:38的最新版本
两列波在同一位置相遇时,位移按叠加原理相加;同相的波峰相遇会加强,峰谷相遇会抵消。这种由相位差形成的强弱分布叫干涉。要观察稳定条纹,两列波的频率应相同且相位差随时间保持稳定;如果相位差不断漂移,长时间平均后的明暗图样会被抹平。
路程差与相位差
设两路波由同相源发出,波长为 ,到观测点的路程分别为 。传播一个波长,相位转过 ;因此路程差 对应相位差 。若 ( 为整数),两路到达时同相,形成相长干涉;若 ,两路反相,形成相消干涉。
若两路强度在观测点分别为 ,相干条件下的强度为 。当强度相等 ,相长处为 ,相消处可为零;强度不等时,相消处仍有 ,不会完全黑。这里的强度式还假设两路具有可相干叠加的同类波动分量,例如光的偏振方向相同。
若两源起初就有固定相位差 ,观测点的总相位差要写成 ;此时不能再把 的中央点自动判成亮纹。双缝常用同一束入射光分成两路,是为了让两缝出射光在普通实验条件下具有稳定的相位关系。波在屏上相遇后继续传播,干涉改变的是该处叠加后的振幅和能流分布,不是说两列波相撞后“互相消灭”。
双缝条纹的间距
两条狭缝相距 ,屏到狭缝的距离为 ,且 。屏上离中央亮纹偏移 的点,对应传播方向与中央方向夹角 。在远场几何近似下,路程差 ;若角度又很小,,所以第 级亮纹的位置约为 取单色光真空波长 、缝距 、屏距 。把三个量先换成米,相邻亮纹间距为 计算得到 。把缝距减半,条纹间距加倍;这说的是符合远场、小角度条件时的几何位置,实际条纹亮度还受到单缝衍射包络影响。
参考资料
- OpenStax《University Physics》16.5,叠加与相位差。
- OpenStax《University Physics》3.2,双缝路程差与条纹间距。