关于此实验
1801年，托马斯·杨让光穿过两条狭窄的狭缝，观察到屏幕上出现一排明暗相间的条纹。光粒子沿直线飞行的说法无法解释这一现象，但波动说可以：两条狭缝发出的光在波峰相遇处相互增强，在波峰与波谷相遇处相互抵消。改变波长、狭缝间距和屏幕距离，测量条纹间距，并观察每条狭缝的宽度如何在其上叠加出另一个更宽的图样。
学习目标
- 用光程差和叠加解释明暗条纹
- 使用 Δy = λL/d 将条纹间距与波长、屏幕距离和狭缝间距联系起来
- 根据双缝图样测量波长
- 描述单缝衍射图样，以及它如何限制双缝条纹
- 解释为什么白光会形成中央白色条纹，并在其两侧形成彩色条纹。
使用方法
- 1保持默认设置，用尺子测量跨越 5 个条纹间距的距离，再除以 5。将结果与读数进行比较。
- 2将波长从红光改为蓝光。条纹间距会变小还是变大？
- 3将狭缝间距 d 加倍。条纹间距会怎样变化？然后将屏幕距离 L 加倍。
- 4打开“显示平均亮度”。找出来自两个狭缝的光相互抵消的线。
- 5切换为单缝，并将狭缝调窄。为什么中央条带会变宽？
- 6切回双缝，将 d 设为恰好等于 a 的 5 倍。数一数中央条带内的亮条纹。缺失的是哪一级条纹？
- 7选择白光。每个彩色条纹的内侧是什么颜色？为什么？
模型
假设
- 屏幕与狭缝间距相比足够远（夫琅禾费衍射），且光是相干的，并以平面波形式入射。
- 两条狭缝宽度相同，受到的照明也相同。每条条纹的亮度以中央主极大的亮度为基准表示。
- 将白光建模为400至700 nm范围内亮度相同的31种波长，每种波长形成各自的图样，这些图样叠加在一起。
- 左侧的波形图是示意图：实际波长太小，无法看见，因此图中将其放大了数万倍。
在课堂上试试这个实验
- Q1波长为600 nm的光通过间距为0.30 mm的狭缝，照射到2.0 m外的屏幕上。求条纹间距。
- Q2为什么两条狭缝发出的光必须相干才能出现条纹？
- Q3一名学生测得10个条纹间距总长为21 mm，其中 L = 1.5 m，d = 0.45 mm。计算波长。
- Q4如果遮住一条狭缝，会看到什么？
- Q5为什么双缝公式本身认为所有条纹的亮度都相同，但条纹却会随着远离中心而变暗？
常见问题
为什么狭缝间距越小，条纹间距越宽？
两条狭缝之间的光程差是 d sinθ。如果 d 较小，就必须到更大的角度，光程差才能达到一个完整的波长，因此下一个亮纹会离中心更远。
干涉和衍射有什么区别？
两者都是波叠加的结果。干涉通常指来自几个彼此分开的光源（例如两条狭缝）的波。衍射则指来自一个开口各处的波；这些波会扩散开来，形成宽阔的包络。
这个实验对电子也适用吗？
适用。电子、中子，甚至较大的分子逐个通过双缝时，都会逐渐形成相同的条纹图案，其波长由德布罗意关系式 λ = h / p 给出。