關於此實驗
1801年，湯瑪斯·楊讓光穿過兩條狹窄的狹縫，觀察到螢幕上出現一排明暗相間的條紋。光粒子沿直線飛行的說法無法解釋這個現象，但波動說可以：兩條狹縫發出的光在波峰相遇處互相增強，在波峰與波谷相遇處互相抵消。改變波長、狹縫間距和螢幕距離，測量條紋間距，並觀察每條狹縫的寬度如何在其上疊加出另一個更寬的圖樣。
學習目標
- 用光程差和疊加解釋明暗條紋
- 使用 Δy = λL/d 將條紋間距與波長、螢幕距離和狹縫間距連結起來
- 根據雙狹縫圖樣測量波長
- 描述單狹縫繞射圖樣，以及它如何限制雙狹縫條紋
- 解釋為什麼白光會形成中央白色條紋，並在其兩側形成彩色條紋。
使用方法
- 1保持預設設定，用尺量出跨越 5 個條紋間距的距離，再除以 5。將結果與讀數比較。
- 2將波長從紅光改為藍光。條紋間距會變小還是變大？
- 3將狹縫間距 d 加倍。條紋間距會如何變化？接著將螢幕距離 L 加倍。
- 4開啟「顯示平均亮度」。找出來自兩個狹縫的光互相抵消的線。
- 5切換為單狹縫，並將狹縫調窄。為什麼中央條帶會變寬？
- 6切回雙狹縫，將 d 設為恰好等於 a 的 5 倍。數一數中央條帶內的亮條紋。缺少的是哪一級條紋？
- 7選擇白光。每個彩色條紋的內側是什麼顏色？為什麼？
模型
假設
- 屏幕與狹縫間距相比足夠遠（夫朗和斐繞射），而且光是相干的，並以平面波形式入射。
- 兩條狹縫寬度相同，受到的照明也相同。每條條紋的亮度以中央主極大的亮度為基準表示。
- 將白光建模為400至700 nm範圍內亮度相同的31種波長，每種波長形成各自的圖樣，這些圖樣會相加。
- 左側的波形圖是示意圖：實際波長太小而無法看見，因此圖中將其放大了數萬倍。
在課堂上試試這個實驗
- Q1波長為600 nm的光通過間距為0.30 mm的狹縫，照射到2.0 m外的屏幕上。求條紋間距。
- Q2為什麼兩條狹縫發出的光必須相干，才會出現條紋？
- Q3一名學生測得10個條紋間距總長為21 mm，其中 L = 1.5 m，d = 0.45 mm。計算波長。
- Q4如果遮住一條狹縫，會看到什麼？
- Q5為什麼雙狹縫公式本身認為所有條紋的亮度都相同，但條紋卻會隨著遠離中心而變暗？
常見問題
為什麼狹縫間距越小，條紋間距越寬？
兩條狹縫之間的光程差是 d sinθ。如果 d 較小，就必須到更大的角度，光程差才能達到一個完整的波長，因此下一個亮紋會離中心更遠。
干涉和繞射有什麼區別？
兩者都是波疊加的結果。干涉通常指來自幾個彼此分開的光源（例如兩條狹縫）的波。繞射則指來自單一開口各處的波；這些波會擴散開來，形成寬廣的包絡。
這個實驗對電子也適用嗎？
適用。電子、中子，甚至較大的分子逐個通過雙狹縫時，都會逐漸形成相同的條紋圖樣，其波長由德布羅意關係式 λ = h / p 給出。