展示目的及科学原理
以水波的干涉与衍射演示光的干涉和衍射现象,让观众观察理解光的干涉与衍射原理。
操作方式
1.光的干涉
托马斯·杨利用波的叠加原理很好地解释了光的干涉现象,假设光是传播某种振动的波,那么,任何时刻从线光源S发出的光波都会同时传到前方的两个缝S1、S2,这两个缝就成了两个振动情况总是相同的波源,如图(b)所示,从它们发出的波在屏上叠加,在波峰跟波峰叠加、波谷跟波谷叠加的地方,光就互相加强;在波峰跟波谷叠加的地方,光就互相抵消或削弱,从而形成明暗相间的条纹。
这种由当两束或两束以上的光波在一定条件下相遇而叠加,引起光强的重新分布,从而在叠加区域形成稳定的、不均匀的光强分布,出现了明暗相间或彩色的条纹,这种现象称为光的干涉。
2.光的衍射
衍射是一切波所共有的传播行为,是指光在传播过程中,遇到障碍物或小孔时,光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。
1655年,意大利波仑亚大学的数学教授格里马第在观测放在光束中的小棍子的影子时,首先发现了光的衍射现象,并经过实验得出结论:光是一种能够作波浪式运动的流体,光的不同颜色是波动频率不同的结果。
格里马第一个提出了“光的衍射”这一概念,是光的波动学说最早的倡导者。
1801年,英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉现象。托马斯·杨让一束光投射到一个有孔的屏上,这个小孔就成了一个“点光源”。光从小孔出来后,射到第二个屏的两个小孔上,这两个小孔离得很近(约0.1mm),而且与前一个小孔的距离相等。在实验中,托马斯·杨又用狭缝来代替小孔进行如图(a)所示实验,在光屏上产生了明暗相间的彩色条纹。展品利用水波的形式展示了干涉和衍射的概念。
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