本实验藉由双狭缝的干涉装置.PDF

本實驗藉由雙狹縫的干涉裝置，來觀察屏幕上雷射光經過雙狹縫所產生明暗相 間的條紋（或是直接透過雙狹縫觀察），並藉由光的干涉現象，了解光是具有波 動性的。 1 1. 雷射光通過雙狹縫的干涉條紋 ： 雙狹縫的干涉儀器如下圖所示，將雷射光源對準雙狹縫的中央，使雷射光束 透過雙狹縫投射在後方的屏幕上，如此會在後方屏幕上呈現干涉條紋；觀察 屏幕上的干涉條紋，可發現條紋呈現出明暗相間的分布，此為光的干涉現 象。（注意實驗中不可直視雷射光源，以免傷害眼睛。） 2 2. 以雙狹縫觀察一般光源的干涉條紋 ： 我們也可以利用如下圖所示的裝置，直接透過雙狹縫，來觀察光的干涉現 象。將光源、濾光片、單狹縫、雙狹縫依序以下圖的方式放置。以眼睛透過 雙狹縫觀察，干涉的結果會投影在眼睛的視網膜上，故可看見明暗相間的條 紋，亦為光的干涉現象。（注意在此實驗下，光源不可以為雷射光，且光的 強度不可太強，以免傷害眼睛。） 3 3. 干涉現象的成因 ： 屏幕上所出現明暗相間的條紋，以及直接透過雙狹縫觀察到的干涉現象，其 原因可以由兩組波的干涉來理解。當光源通過雙狹縫時，形成了兩組新的波 源，而各自發出球面波，這兩組波在傳遞的過程中發生干涉，若為建設性干 涉（干涉後的結果為振幅變大），則形成亮紋，如圖(一)所示；若為破壞性干 涉（干涉後的結果為振幅變小），則形成暗紋，如圖(二)所示。一亮一暗的干 涉結果，變形成了明暗相間的干涉條紋，如圖(三)所示。 ▲ 圖(一) ▲ 圖(二) ▲ 圖(三) 4 範例 1 小華在陽光下吹肥皂泡，發現肥皂泡表面呈現五顏六色的色彩變換，請問這是 光的哪一特性所造成的？ (A) 光的反射現象 (B) 光的折射現象 (C) 光的干涉現象 (D) 光沿直線前進的特性 (C) 肥皂泡表面呈現五顏六色的色彩變換，是由於光的干涉現象所造成的。 範例 2 下列各種物理現象中，哪一種現象是不能以幾何光學的理論來解釋的？ (A) 針孔成像 (B) 烈日下的樹影 (C) 肥皂泡薄膜的五顏六色 (D) 面鏡成像 (E) 月食 (C) 5 (A)(B)(E) 為光沿直線前進的原理與應用，可由幾何光學解釋； (C) 肥皂泡薄膜的五顏六色是屬於光的干涉現象，為物理光學的範疇，故無 法由幾何光學解釋； (D) 面鏡成像可由光的反射現象探討，故可由幾何光學解釋。 範例 3 下列的光學現象中，何者可用幾何光學來解釋？ (A) 雨後天空的彩虹 (B) 肥皂泡薄膜上的彩紋 (C) 光線無法通過兩片互相垂直的偏振片 (D) 雷射光對單狹縫的繞射條紋 (E) 光碟片上的彩色現象 (A) (A) 雨後天空的彩虹，是陽光在水滴中經過折射與反射所形成的現象，可用 幾何光學來解釋： (B) 肥皂泡薄膜上的彩紋，是屬於光的干涉現象，須用物理光學來解釋； (C) 光線無法通過兩片互相垂直的偏振片，是屬於光的繞射現象，須用物理 光學來解釋； 6 (D) 雷射光對單狹縫的繞射條紋，是屬於物理光學的範疇； (E) 光碟片上的彩色現象，是屬於光的干涉現象，須用物理光學來解釋。 範例 4 下列關於「楊氏雙狹縫干涉」實驗的敘述，何者錯誤 ？ (A) 在屏幕上所呈現的亮紋，是光經過建設性干涉而振幅變大的結果 (B) 在屏幕上所呈現的暗紋，是光經過破壞性干涉而振幅變小的結果 (C) 雙狹縫干涉實驗的結果，會在屏幕上呈現明暗相間的條紋 (D) 不論實驗用的光