电子双缝干涉实验 【范文十篇】
电子双缝干涉实验
范文一：作者：杨庆鑫吕天全孙敬姝物理通报 2004年05期　　托马斯·杨（Thomas Young，）双缝干涉实验对波动光学的建立作出了伟大贡献，而其应用于电子干涉实验的成功则有力地证实了实物粒子的波粒二象性，揭示了微观世界的量子本性，开创了量子理论的新纪元。经典物理学认为，自然界只有两类物质：一类是实物粒子，另一类是相互作用场（波）。经典粒子是以同时确定的坐标和动量来描述其运动状态，有严格的运动轨道，遵从经典力学规律。能量、动量在粒子限度的空间小区域集中，单个交换能量和动量，如原子、电子等。典型的物理过程是粒子的碰撞。经典波动则是以场量，如振幅、相位、波长、能量及动量密度等来描述其运动状态，遵从经典波动方程。满足叠加原理，能量、动量是空间广延的，可连续改变或交换，如光波等。典型的物理过程是光的干涉和衍射。在经典物理中，粒子和波各为一类宏观体系所呈现，反映着两类对象、两种现象、两种物质运动形态。其运动特征是不相容的，即具有粒子性运动的物质不会具有波动性；反之具有波动性运动的物质不会具有粒子性。　　然而，从19世纪末到20世纪初，黑体辐射、光电效应等光的辐射、吸收特性实验却无法用经典的波动理论来解释。爱因斯坦于1905年提出了光量子假说，即光在与物质相互作用时，以能量E=hv的量子形式出现，而且以这一微粒形式在空间以光速运动，这种微粒称为光量子，光是由光量子所组成的光量子流。人们必须相信，电磁场（波）既具有波动性又具有粒子性，即波粒二象性。　　那么，反过来粒子是否又具有某种波动性呢？1924年冬，巴黎大学的德布罗意发表演讲“……不是只有光如此，世界上的任何物体都是这样的。一些粒子物理学家也在实验室中遇到过粒子的不可思议行为。我通过研究认为，物质的运动总伴随着一种波动性，也即物质波。物质波的波长和物质的动量存在这样的关系：λ=h/p。……我们也应该期望，物理学家们应该可以从微观粒子世界中得到关于物质波的更进一步的证明……”　　德布罗意（De Broglie，），法国物理学家，1924年获得巴黎大学博士学位，1928年起任母校庞加莱学院理论物理学教授直至1962年退休，1933年当选为法国科学院院士，因提出“实物微粒也具有波动性”而获1929年诺贝尔物理学奖。在德布罗意提出物质波假说后，1927年C·J·戴维孙和L·H·革末由实验（Davisson-Germer experiment）证实电子射至晶体时有衍射现象，G·P·汤姆孙将电子束和中子束射向多晶箔片，在屏上得到了圆环形的衍射图样，戴维孙和汤姆孙因验证电子的波动性分享1937年的诺贝尔物理学奖。1961年，约恩孙在铜膜上开了缝宽为0.3μm，缝长为50μm，相邻缝间距为1μm的单缝、双缝、三缝、四缝、五缝做了实验。实验中采用50kV电压加速电子，利用电磁透镜放大在距狭缝35cm处图像。1988年蔡林格等做了中子的双缝实验，与光波的双缝干涉实验结果极为相似，再次证明了德布罗意所假设的实物粒子的波动性确实存在！德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。这些实物所具有的波动称为德布罗意波，即物质波。　　　　在诸多证明实物粒子的波动性的实验中，电子双缝干涉实验是最本质，也是最完整的，它被称作是十大“最美丽”的物理实验之一！之所以“美丽”，是因为它利用当年托马斯·杨证明光是一种波的方法，几乎一样地证明了电子是一种具有波的特性的物质，并诠释了量子理论中的“几率波”描述方式，告诉人们应如何放弃经典力学的思维而接受量子力学的革命。　　单电子杨氏双缝干涉实验表明，当少量电子通过仪器落在屏上时，其分布看起来毫无规律，并不形成暗淡的干涉条纹，这显示了电子的“粒子性”。但大量电子通过仪器时，则在屏上形成了清晰的干涉条纹，这又显示了电子的“波动性”。　　然而，对单电子杨氏双缝干涉实验的理解并不这么简单，还要从以下几个方面分析。　　（1）微观粒子有波动性，但不同于经典波。有观点认为，微观粒子的波动性是最基本的，是由若干列波组成的一种波包。这种观点与实验相矛盾，因而是错误的。设想以单个电子射向媒质分界面，如果电子是波包，那么它将被分裂为反射部分和折射部分，从两个方向可同时观察到电子的一部分。但实验中观察到的只有单个有一定质量和电荷的电子，从来没有观察到几分之一个电子。在单电子杨氏双缝干涉实验中也是如此。　　（2）微观粒子的波动性是“几率波”。费曼曾经设计了一个对比子弹、水波和电子分别通过双缝的理想实验，来说明微观粒子与经典粒子和经典波的区别。对子弹而言，关闭下缝，　　为“非相干叠加”。可见，子弹的波动性表现很不明显，主要表现了粒子性。对水波而言，则主要表现为波动性。当它分别通过单缝时为衍射现象，通过双缝时被分为两个相干的次波源，它们在空间将进行相干叠加，所以在屏上将呈现出双缝干涉图样。而对于单电子而言呢，同时打开双缝，电子就不会像水波那样分成两个次波源，而必须像子弹那样，只能通过其中一条缝。但是，接收屏上出现的却是清晰的双缝干涉图样，这是单电子自身的干涉！这表明：一单缝的存在，的确影响了单电子通过另一单缝后的分布几率，虽然电子并不通过这一单缝。由此可见，在电子双缝干涉实验中观察到的双缝干涉图样，是大量事件所显示出来的一种概率分布，是几率波相干叠加的结果，这正是玻恩对德布罗意波的物理意义的解释，即德布罗意波的强度和微观粒子在某处附近出现的概率密度成正比，也就是说，微观粒子在各处出现的概率密度才具有明显的物理意义。　　　　　　（3）量子力学是经典力学的革命。所以在经典力学想当然的概念，在量子力学中则无意义，应予放弃，粒子和波都在此列。事实上，当探测器在某位置检测到电子时，并不知道电子从哪个缝通过的，就算特别设计仪器，可以检测出电子由哪个狭缝通过的话，那干涉现象也就同时消失了。因此也可以说电子是同时通过双狭缝而造成干涉现象的。可见，粒子和波其实都不是量子力学中的语言，量子力学的语言即是波函数，只有接受了波函数，才不会执著在粒子和波的概念上了。　　具有波粒二象性的物质波概念在理论和实验上得到证实后，实物粒子的波动性便迅速得到广泛的应用。由于电子波长比可见光波长小10[-3]～10[-5]数量级，从而可大大提高电子显微镜的分辨率。1932年德国的鲁斯卡（E.Ruska）成功制造出第一台电子显微镜，1981年德国的宾尼西（C.Binnig）制造出第一台扫描隧穿显微镜（STM），两人分享1986年的诺贝尔物理学奖。而托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验的成功，也成为20世纪物理学史上一处最美丽的风景。作者介绍：作者单位：吉林大学物理学院，130023
范文二：第２ １卷
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任编 辑： 马晓 　娟
范文三：由电子的双缝干涉实验引发的思考
——物理系 杨远庆 ０８１０１３０９２３
随着物理学的发展，人们对物理世界的认识越来越清楚。从19世纪末电子被汤姆孙发现开始，物理学家们就把研究的目光指向了微观世界。物理学家们在研究微观世界（原子、分子、原子核…）的结构和运动规律的过程中，逐步建立起了一门科学，我们将这门科学称为量子物理学。同时，我们把科学家们在研究原子、分子、原子核、基本粒子时所观察到的关于微观世界的系列特殊的物理现象称为量子现象。
要想说量子现象，先说说量子世界。量子世界除了其线度极其微小之外（10～10m量级），另一个主要的特征就是它们所涉及的许多宏观世界所对应的物理量往往是不能连续变化（如：坐标、动量、能量、角动量、自旋等），只能取某些特定的值，这就是量子的解释。许多实验事实表明，量子世界满足的物理规律不再是经典的牛顿力学，而是量子物理学。量子物理学是当今人们研究微观世界的理论，也有人称为研究量子现象的物理学。
由于宏观物体是由微观世界建构而成的，因此量子物理学不仅是研究微观世界结构的工具，而且在深入研究宏观物体的微结构和特殊的物理性质中也发挥着巨大作用。
在量子世界，另外一个最大的现象就是波粒二象性。光既是一种波，也是一种粒子，这是大家所熟知的问题了，对于光的粒子性我们可以通过光电效应验证，而验证光的波动性我们也可以通过杨氏双缝干涉实验来完成。现在，我们再重复一下托马斯．杨所做的双缝干涉实验，唯一不同的是我们要把实验中的光束变为电子束。实验结果我们会发现电子束也会像光束一样发生明显的干涉现象（对于这个现象，德布罗意早在其博士毕业论文中解释到了，他的论文中说一切物质粒子都具有波粒二象性，且满足关系式?＝ ｐ
-３４ｈ-10-15（式中ｈ＝６．６２６０６８９６（３３）×１０ 为普朗克常量），从关系式我们知道，对于宏观世
界粒子，我们难以观察到粒子的波动性，但在微观世界这种现象却是十分地明显）。但是，如果我们将电子束中的电子数目慢慢减少，我们又会发现什么现象呢？如果电子数目足够多，我们依然会发现明显的干涉现象，但是当电子数目减少到只有几万、几千、几百甚至只有几个的时候呢？按照德布罗意的物质波解释，它们依然会成一种波的现象分布，不过由于粒子数目太少，难以形成一种波形，但依旧成波的分布。但问题是如果我们只拿一个电子来做这个实验，现象又会是怎么样呢？如果按照德布罗意的说法，一个电子依旧会形成一种波的分布，预示电子就将会在“同一个时刻”穿过两个孔，打在缝后的接受屏上形成“波”。然而，一个电子能“同时”穿过两个孔吗？
对于这个疑问，我们就需要海森伯不确定性原理来解释了。（海森伯不确定关系，又被称为测不准关系，它反映了微观粒子运动的基本规律，是物理学中一个极为重要的关系式。它包括多种形式，其中两个是：ΔｘΔｐ≥ｈ
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两式最通俗的解释就是，要想测得准确的动量（即Δｐ趋于０），就必须要求Δｘ无限大（即空间无限延伸）；要想测得准确的能量状态（即?Ｅ趋于０），就必须要求?ｔ无限大（即时间无限延长）。）假设现在我们要确切地知道那一个电子的确切位置（即到底是“同时”穿过两个孔还是穿过哪一个孔），那我们就必须要跟踪这个电子，然而，要想观测到这个电子，我们就必须要用到光，而要想知道电子精确地位置，就要求光的波长足够的短，由公式Ｅ＝ 知这也就必须要求光子的能?ｈ量足够的大，然而，一旦光子的能量大了起来，那么其和发生电子碰撞时就会明显地影响电子的运动轨迹。而一旦影响到了电子的轨迹，实验也就失败了。要想不影响到电子的运动轨迹，我们就要求光子的能量远小于电子的动能，然而，这就必将导致光子的波长很长，那么，电子的确切位置我们也就不能精确地观测到。就是因为如此矛盾的原因我们才不能确切地知道电子的准确位置，所以我们只能说电子“同时”穿过了两个孔。而我们也可以通过求解薛定谔方程来解释一个电子的这种“分身术”。
范文四：光的双缝干涉实验
一．实验原理
通过单缝的一束光线，经双缝形成一对相干光，互相叠加产生干涉现象。 根据公式
Δx =λL/d
可算出波长d是双缝间距，L是双缝到屏的距离， Δx是相邻两条亮（暗）纹间隔，λ是单色光的波长。
二．实验步骤
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮； ②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上;
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意使单缝和双缝间距为5—10 cm ,使单缝与双缝相互平行.
注意事项：
1、安装仪器的顺序：光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏
2、双缝与单缝相互平行，且竖直放置
3、光源、虑光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上
4、若出现在光屏上的光很弱，由于不共轴所致
5、若干涉条纹不清晰，与单缝和双缝是否平行有很大关系
1．用单色光做双缝干涉实验，下述说法中正确的是(
A．相邻干涉条纹之间的距离相等
B．中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍
C．屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D．在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
解析：用单色光做双缝干涉实验时，形成的明、暗条纹间距相等，A对B错；相邻的
l明(暗)条纹间距Δx＝，当l减小时，Δx减小，C错；由于λ红＞λ蓝，所以Δx红＞Δx蓝，故d
2．某同学按实验装置安装好仪器后，观察光的干涉现象，获得成功，若他在此基础上对仪器的安装作如下改动，但还能使实验成功的是(
A．将遮光筒内的光屏，向靠近双缝的方向移动少许，其他不动
B．将滤光片移至单缝和双缝之间，其他不动
C．将单缝向双缝移动少许，其他不动
D．将单缝与双缝的位置互换，其他不动
l解析：双缝发生干涉，而单缝发生衍射，故D错．由Δx＝知：改变双缝到屏的距离d
l仍能得到清晰条纹，只不过条纹间距发生变化，故A正确．单缝与双缝之间的距离移动少许对干涉无影响，故C正确．滤光片的作用是得到相干单色光，在单缝前还是在单、双缝之间不影响干涉，故B正确．
3．如图实－6所示是用双缝干涉测光的波长的实验设备示意图．
(1)图中①是光源，⑤是光屏，它们之间的②③④依次是____________、____________和____________．
(2)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮纹之间的距离(
A．增大③和④之间的距离
B．增大④和⑤之间的距离
C．将红色滤光片改为绿色滤光片
D．增大双缝之间的距离
(3)在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600 mm，双缝之间的距离是0.20 mm，单缝到双缝之间的距离是100 mm.某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心，这时手轮上的示数如图实－7甲所示．然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如图实－7乙所示，这两次示数依次为______mm和________mm，由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为
________nm.
解析：(1)在用光的干涉测波长的实验中，光具座上从左向右依次是光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和测量头．
l(2)由Δx＝dλ可知，当增大双缝到光屏间的距离l或减小双缝之间的距离d或增大光的
波长λ时，光屏上相邻两条亮纹之间的距离将增大．故选项B正确．
(3)亮条纹在读数时由螺旋测微器原理知图甲读数为0.641 mm，图乙读数为10.293 mm. 由Δx＝a＝1.6087 mm得 n－1
－42×10dλ＝Δx＝1.6087 mm l0.6
＝5.36×107m＝536 nm. －
答案：(1)滤光片 单缝 双缝 (2)B
(3)0.641 10.293 536
4．如图实－8所示为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大，可改用波长更________(填：长、短)的单色光，或者使双缝与光屏之间的距离________(填：增大，减小)．
l解析：依据双缝干涉条纹间距规律Δx＝d，可知要使干涉条纹的间距变大，需要改用
波长更长的单色光或增大双缝与屏之间的距离l.
答案：长 增大
5．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图实－9所示)，并选用缝间距d＝0.20 mm的双缝屏．从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700 mm.然后，接通电源使光源正常工作．
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图实－10(a)所示，图实－10(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图实－10(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图实－11(a)所示 ，此时图实－11(b)中游标尺上的读数x2＝________mm；
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝________mm；这种色光的波长λ＝________nm.
解析：(1)主尺读数为15 mm，游标尺读数为1×0.02 mm＝0.02 mm，二者相加即可．
(2)由于图中数字标记的是暗条纹，首先应根据暗条纹所标数字给亮条纹也标明条数，若图实－10(a)中的中央刻线所对亮条纹记为第1条，则图实－11(a)中的中央刻线所对亮纹为n＝7，则Δx＝x2－x1Δx·d2.31 mm，光的波长λL6.6×102 nm. n－1
答案：(1)15.02 (2)2.31 6.6×102
6．在利用双缝干涉测光的波长时，首先调节光源、滤光片、单缝和双缝的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行，当屏上出现了干涉图样后，用
测量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分划板使分划中心刻线与某条明纹中心对齐时(如图实－12甲所示)将此明纹记为1，然后再转动手轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2,3,,,,等明纹，最终与明纹6中心对齐，分划板中心刻线与明纹1和明纹6对齐时游标卡尺示数分别如图实－12中乙、丙所示(游标卡尺为10分度)，则图乙对应的读数为________m，图丙对应的读数为________m．用刻度尺量得双缝到屏的距离为60.00 cm，由双缝上标示获知双缝间距为0.2 mm，则发生干涉的光波波长为
________m.
在实验中，若经粗调后透过测量头上的目镜观察，看不到明暗相间的条纹，只看到一片亮区，造成这种情况的最可能的原因是______________________________________．
解析：图乙对应读数为1.94×102 m －
图丙对应读数为2.84×102 m －
l根据公式Δx＝dλ得
1－－－0.2×103×?2.84×102－1.94×102?×5Δxdλ＝l＝m －60.00×10
＝6.00×107 m －
若粗调后看不到干涉条纹，只看到一片亮区，则最可能的原因是单缝与双缝不平行． 答案：1.94×102 2.84×102 6.00×107 单缝与双缝不平行 －－－
范文六：维普资讯
２０ ０ ８年 第 ９期　
物 理 通报　
物 理 问题研 究　
为什么在双缝干涉实验 中单缝到　
双缝的距离应是 ５ｅ 　 １　ｍ 　ｍ ０ｃ 　
（ 北京 西城教育研修学院物理室　 北 京　 １０３ ） ００４　
人 教 社教材 高 中物理 第 三 册 “ 用双 缝 干 涉 测光　 的波长 ” 验 中 （ １ ， 实 图 ）提到将 各 部分 光学 元件 组装　
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缝实 验 中的两 个缝 ５ 、 ２， 们产 生 的零级 明纹 宽　 １Ｓ）它
光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒　 屏　
度为 △ 双缝 的上 、 　， 下端 ｅ－点应 在此 范 围 内 ， 图　 、 厂 即 ２中的 ｚ 、 ｄ分别 类 比为 图 ３中的双缝 间距 ｄ 单　 Ｓ Ｄ、 ｘ 、
缝到双缝的距离 Ｒ和单缝宽度 ｂ这样 ， 以猜测　 ． 可
２ 类 比的合 理性　 　
双 缝　 接 收屏　
（） １ 一方 面 ， （） 以通过 双缝 干涉 实验 中单 　 式 ２可
缝光 源 的极 限宽度 来理 解 ． 缝相 当于一个 缝光 源 ， 单 　 其作 用是 增加 光 的空 间相干性 ， 缝越 窄 ， 单 空间相 干　 性也 就越好 ， 随着单 缝宽 度 的增 大 ， 由其 出射 的光 的　 空 间相干性 逐 渐减 弱 ， 而 限制 了 双缝 在 空 间 的位　 从
１ 如 图 ４所 示 ， ） 中心点 光源 ０到双缝 的垂 直距　 离 为 Ｒ， 与 双缝距 离 为 Ｄ 的屏 上 形成 的干 涉 条 纹　 在 在双 缝干 涉 （ ２ 图 ）中 ， 我们 知道 条纹 间距　
△ ＝ 　 　 （） １　
间距 △ ： 　 　
， 级 中心在 Ｐ点 ． 零 　
２ 如 图 ４所示 ， 点光 源 向下偏 移　 到 ０ 点 ， ） 若 　 　
ｄ是 双缝 间距 ， Ｄ是 双缝 挡板 到屏 的距 离 ， Ａ为光 的　 波长． 　
在屏上形成的干涉条纹间距仍为 △ ： 　 　
， 但零级　
中心 向上偏 移到 Ｐ 点 ． 溉 ＝ 尸Ｐ ， 　 置 由光　 　 设 　Ｐ 位
１ ４ 一 　
２０ ０ ８年 第 ９期　 程 差来 决定　
０　 Ｓｌ＋ Ｓ１Ｐ　 ＝ ０　Ｓ 　 ｚ＋ Ｊ２Ｐ　 ｓ　
物理通 报　
物理 问题 研 究　
３ 估 计泊 松 亮斑 的参数 关 系　 　
０ Ｓ —０ Ｓ 　１ 　 ２： Ｓ　 　一Ｓ　 　 ２ Ｐ ｌ Ｐ
０ｓ 　 　一 ０ Ｓ
一 — 　 一 　
光经过 圆形阻挡物时， 如果光束的宽度大于阻　
挡 物 的限度 ， 则在 阻挡 物 后 的 接 收屏 上 可 以观 察 到　
在近 轴条 件下　
Ｓ Ｐ ２ 　一 Ｓ１ ｔ Ｐ　
泊 松亮 斑 ． 与双缝 干 涉实验 类似 ， 以从光 源 的相 干　 可 性 和 圆孔衍 射两 个 角度 分 析 圆 形 阻挡 物 的位 置 ； 为　 了简便 ， 里只采 用后 者 ． 这 　
３ 宽度为 ６的单缝光源 ， ） 可看成由许多连续的　 点光 源组成 ， 它们 将 在 接 收 屏 上 形 成一 系列 干 涉 条　 纹， 由于它们的极值位置不重叠 ， 从而使干涉条纹的 　
衬 比度 下 降 ， 越大 ， 纹越模 糊 ． 溉 条 当　 ： Ａ ｘ时 ， 衬　 比度下 降 到零 ， 时干 涉条 纹 完 全 消 失 ． 这 与　 相 对　
设激光光束的宽度为 ｂ 圆珠直径为 ｄ 光源到　 ， ， 圆珠的距离为 尺 激光的截面为圆形 ， ． 根据圆孔衍射　 的理论【 ， １ 激光束 的发散角为 ． ］ 　
Ａ ＿ １２　 ０ －２
到达 圆珠 时光斑 的半径 为　
应的单缝 间距 ６ 就是干涉实验 中单缝光源 的最大　 。
宽度 （ 极限宽度 ）由（）（ ） ． １、３ 式可得　
＝ 　 ＝ 　
△＝．扣　 　１ ２ ２
要 得 到泊松 亮 斑 ， 应使 Ａ ＞ ｄ， 以 圆珠 到激　 ｘ 所 光 器 的罡离 应满 足　 乒
冗＞ 　 （） ８　
当给定单缝宽度 ｂ ， 时 双缝到单缝 的距离则应　 满足　
Ｒ ≥　 ｄ ｂ　 （） ５　
当 Ｒ给 定 时 ， 圆珠 直径 ｄ应满 足　
（） 一 方 面 ， 可 以从 单 缝 衍 射 的 角 度 进 行　 ２另 也
ｄ＜１ ２ ． 华　 ２
不 大于 ３ ６ 　 ｑ ．６ｍｎ． ｔ 　
（） ９ 　
分析 ． 光通过具有一定宽度的单缝后 ， 由于衍射会在　
空 间形 成 明暗相 间 的分布 ； 单缝 越宽 ， 中央极 大 的角　
若　 为 ５ｍ， 为 １ｍ 取　 为 ６０ｌｎ 则 ｄ应　 　 ｂ 　 ｍ， Ｏ　ｌ， ＇ ｌ 以上讨 论 中 ， 主要 是 考虑 到 光 的单 缝 衍 射 中有　 明暗条纹 的特 点 ． 使 笔 者 联 想 到 另 一 个 问题 ： 这 教　
宽度越小． 为了在接收屏上看到双缝干涉条纹 ， 应使　
单缝 衍 射 的 中央 极 大充 分 覆 盖 双 缝 ， 而 使 双 缝 获　 从 得 充分 的接 近均 匀 的照 明 ． 　 我 们知 道 ， 缝衍 射 中央极 大 的半 角宽度 为　 单
材［ 在“ ２ 机械波” 是先讲衍射 ， ｌ 中， 后讲 干涉． 光　 到“ 的波动性” ， 时 教材为什么安排的却是先干涉 ， 后衍　
射 呢？ 过 比较 水 波与光 波 的衍射 现象 的共 性 （ 通 如水　
Ａ 　 Ｏ 　害
照 射在 双缝 上 的线宽 度为　
Ａ　 ２ ? ｘ ２Ｏ Ｒ 争　 （） ６　
波传播 的范围比孔宽 ， 光波的衍射范围 比缝宽 ）可　 ， 以抓住衍射现象的特征是 “ 散开” 比较水 波与光波　 ．
的干 涉 图样共 同 的特 点 ， 波 干 涉 是 形成 了稳 定 的　 水 平静 和动 荡间 隔 区域 ， 波 干 涉 是 出 现 了稳 定 的明　 光 暗相 间条纹 。 而 得 出干 涉 的特 征 是都 有 稳 定 的加　 从
为了使双缝获得充分的接近均匀的照 明， 应该　
使两个缝均处于单缝 衍射 中央极大 的半值宽度 以　 内， 因而 可近 似写 出如下 的关系 式　
， 一ｄ ’ 　　 　
＼／ （） 　　 ７
强与减弱区域间隔． 这样看来 ， 光波 的衍射图样 ，光　 “ 能展 开 ” 是衍 射 特征 ， “ 纹 ” 干涉 特征 ， 以理　 而 条 是 可
解 为单 缝里 的次 波 相 干叠 加 造 成 的 ． 由于 光 的衍 射　
将 （） ６ 式代人（） ７ 式可得与（） ２ 式相同结果 ． 　
实验中 ， 如果波长给定 ， 则双缝 的位置 Ｒ只与　
单缝 的 宽 度 ｂ 以及 双 缝 的 间距ｄ 关 ， 设 ｂ： 有 假 　
０ １　 ｍ、 ＝０４　Ｉ， ．０ｍ ｄ ．０ｌｎ取光 波 波长　 为 ５０ｎｌ代　 ｎ ５　ｉ， ｉ 入 （） 可算 出 Ｒ ７２　ｍ， ４式 　 ．７ｃ 与教 材 ［ 中给 出的参　 ２ ］
图样具有这样的综合性 ， 所以放在干涉之后来观察 ． 　
参 考 文 献　
１ 赵凯华 ． 概念物理教程光学 ． 　 新 高等教育 出版社 ，Ｏ４ ２Ｏ　 ２ 全 日制普通高级 中学教科 书（ 　 必修加选修 ） 物理 ． 民教　 人
育 出版社 ，０ ３ ２０　
数一致 ． 实验中， 可以在　 ：７２　Ｉ 附近微调 ， ． ｅ ７ ｎ 直　 到 条纹 最清 晰为 止 ． 　
３ 王兴乃 ， 栋 国， 高 中物理 实验 大全 ． 　 罗 等． 电子工业 出版　
社 ．９ ８ １８ 　
１ 　 — 　 ５
范文七：北京邮电大学
电磁场与微波测量实验报告
电磁波的双缝干涉实验
一、实验目的
1、通过实验观察并测量双缝干涉的现象及特征。 2、掌握来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的影响。
二、实验设备
DH926B型微波分光仪、三厘米固态振荡器、喇叭天线、可变衰减器、晶体检波器、双缝板
三、实验原理
如图3.1所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝，则每一条狭键就是次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的背后面空间中，将产生干涉现象。当然，光通过每个缝也有衍射现象，因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。为了只研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，需令双缝的缝宽a接近?，例如：
??32mm,a?40mm，这时单缝的一级极小
接近530。因此取较大的b，则干涉强度受缝衍射的影响小，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。
???干涉加强的角度为：??Sin?1?K??，式中K=l、2、……；
a?b?????2K?1?干涉减弱的角度为：??Sin?1??式中K=l、2、……。
四、 实验内容及步骤
1、 如图3.2连接仪器；
双缝干涉实验系统
2、调节双缝板，使缝的宽度为合适值。
3、将双缝安装到支座上，使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的900刻度的一对线一致。
4、转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处，此时小平台的00就是狭缝平面的法线方向。
5、 按信号源操作规程接通电源，调节衰减器使信号电平读数指示接近满度。 6、从衍射角00开始，在双缝的两侧使衍射角每改变10读取一次表头读数，并记录下来（注：由于衍射板横向尺寸小，所以当b取得较大时，为了避免接收喇叭直接收到发射喇叭的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应小些。）
7、实验结束，关闭电源，将衰减器的衰减调至最大。
五、 实验结果及分析
（1）双缝干涉实验：a=40mm,b=80mmλ=32mm
由以上数据可知，实验测得一级极大干涉角在20?附近，一级极小干涉角在29?附近。
λ=32mm，代入公式得理论值一级极大干涉角
?=sin-1a+b=sin-?，
一级极小干涉角
ψ=sin-1 2?a+b =sin-1 2?120 =23.58?。
干涉曲线如下图所示：
（2）双缝干涉实验：a=30mm,b=70mm λ=32mm
由以上数据可知，实验测量得一级极大干涉角在20?附近，一级极小干涉角在34?附近。
若用理论值λ=32mm计算，代入公式得理论值一级极大干涉角
?=sin-1a+b=sin-?，
一级极小干涉角
ψ=sin-1 2?a+b =sin-1 2?100 =28.69?。
干涉曲线如下图所示：
（3）双缝干涉实验：a=30mm,b=50mm λ=32mm
由以上数据可知，实验测量得一级极大干涉角在23?附近，一级极小干涉角在38?附近。
若用理论值λ=32mm计算，代入公式得理论值一级极大干涉角
?=sin-1a+b=sin-180=23.58?，
一级极小干涉角
ψ=sin-1 2?a+b=sin-1 2?80 =36.87?。
干涉曲线如下图所示：
一、 误差分析
比较理论值和实验值可得，第一次实验中实验值与λ=39.184mm下的理论值较为接近，第二次实验中实验值与λ=32mm下的理论值较为接近。这是因为
在实验室过程中，很容易受到其他实验设备的干扰，导致微波在传播中不稳定，影响实验数据的准确性。测量波长时也存在同样的问题，所以λ的测量值也只是近似结果。
另外，单缝衍射的干扰、读数不准确也会对实验结果造成影响。 二、 思考题
（1）试阐述a、b变化对干涉产生的影响。
答：当缝的大小a很大时光线直接穿过双狭缝，出现在屏上的是一亮斑而不是干涉条纹，随着缝的大小a减小，屏上开始慢慢出现了干涉条纹，当缝的大小继续减小时，屏上的图像不单只是干涉图样，还出现了另一种光的相干叠加现象——衍射。
在单色光照射时，在保持其他参数不变的条件下，只改变双缝间距b，随着 b依次增大时，干涉条纹的缝宽应变窄，条纹变密. （2）假设b趋近于0，实验结果的变化趋势如何？
答：若b趋近于0，则干涉现象越来越不明显，如果缝宽足够小，则类似于单缝衍射实验。
范文八：作者：郑述伶实验教学与仪器 2008年02期　　在人教版高三学生实验“用双缝干涉测光的波长”中需用双缝干涉实验仪来观察干涉条纹以及测定单色光的波长。如果没有掌握一定的技巧，做这个实验就很难成功。笔者经过反复试验，仔细分析，找到了使实验成功的小技巧。　　影响双缝干涉实验的效果有多方面原因。其中安装调试仪器在实验中起到很关键的作用。如果不熟悉仪器的使用，就会使实验达不到理想的效果，甚至观察不到实验现象。面对实验盒中的十几个零件，怎样安装调节才能既省时又能使实验现象明显呢？如果按照仪器说明书介绍的步骤进行安装，则很难在短时间内观察到现象。我采取了探索式安装思路，简单来说，就是采用边安装、边观察、边调节的方法。　　下面以J2515型双缝干涉实验仪为例介绍其使用方法。　　一、仪器组成　　整台仪器由光源及照明系统、双缝座、观察系统、测量头及遮光管等主要部件组装而成。各部件的主要结构介绍如下：　　1.光源及照明系统。包括灯泡、照明透镜、滤色片、单狭缝。照明透镜用J2507型光具座中f＝50mm的凸透镜。单缝安装在单缝管的前端，单缝管上有拨杆调节机构，左右移动拨杆，使单缝可以绕光轴转动，通过调节使单缝和双缝平行。　　2.双缝及双缝座。双缝座是一个圆形罩座。双缝嵌在罩座中心的长方形槽孔里，双缝中心位于罩座的轴线上。　　3.观察系统。由毛玻璃屏（即光屏）和目镜组成。毛玻璃屏的干涉条纹可以用眼睛直接观察或用目镜放大后观察。　　4.测量头。测量头包括目镜、游标尺、分划板、滑块、手轮等。目镜可以前后调焦，分划板上刻有分划线。目镜、游标尺中的游标、分划板都固定在滑块上。转动手轮，滑块在滑块座内左右移动，同时带动目镜、游标、分划板移动，在视场中可以看到分划线与干涉条纹做相对移动，移动的距离可以从游标尺上读出。　　5.遮光管。遮光管是一根钢管，另外附有一根胶木的接长管。单缝管、双缝座、测量头等都安装在遮光管上。遮光管的轴线为干涉仪的光轴。　　二、具体操作步骤　　1.把两个半圆形支架环等高地固定在J2507型光具座的滑块上（有的生产厂家支架环上刻有等高标记）。遮光管架在支架环上，使其轴线与光具座的导轨基本平行。遮光管的轴线就作为干涉仪的光轴。　　2.安装光源。J2515型双缝干涉实验仪与J1202或J1202－1型学生电源配套使用。因此，教师可以取出灯泡，将灯泡安装到光具座的最左端。灯座上的导线连接到学生电源上，接通电源点亮灯泡。有的学生会在此产生疑问：为什么这时就点亮光源呀，这样做也观察不到实验现象呀？这是我的方法与说明书上介绍的方法不同的地方。接下来我会在遮光管的一端即光具座的右端透过遮光管观察光源的光。如果观察不到灯泡的亮光，就要调节灯泡的高度，使灯泡最亮的光正好在遮光管的中心，固定好灯具座，在实验过程中就不再调节灯泡的位置了。　　3.安装光学双凸透镜和遮光屏。透镜放置在离开灯丝大约5cm的地方，再在透镜的右端装上遮光屏，在遮光管的右端观察光源。此时，上下调节透镜和遮光屏，使光源的光通过透镜后成的圆光斑中心正好与遮光屏圆孔同心，前后移动遮光屏，使光斑最亮最小，并将遮光屏固定在这个地方。这时从遮光管里观察到的光源是汇聚成一个最亮的圆斑。　　4.遮光管的一端（即左端）装上双缝。此时要记下双缝缝距d，以便测单色光波长时用。转动双缝座，使双缝基本与水平面垂直。再在双缝的外面套上单缝管，拧紧双缝座的固定螺钉（因为双缝座的螺钉嵌在单缝管单位定位槽孔里），同时在单缝管上装上拨杆。　　5.遮光管的另一端装上加长管及观察系统，使缝屏距达700cm，这样能使双缝条纹更清晰些。边观察边左右移动拨杆，以调节单双缝平行，直至看到的干涉条纹最清晰为止。　　6.在测量单色光波长时，首先要卸下观察系统，换上测量头，在单缝前面加上滤色片，再调节目镜直到能清晰地看到分划线和干涉条纹。然后绕光轴（遮光管）转动测量头，使三根垂直方向的分划线与干涉条纹平行，固定好测量头后即可进行测量。　　这种操作既省时间又能观察到明显的实验现象。　　三、调试中常见故障及解决办法　　1.调试中在确保灯泡、透镜、遮光屏以及单双缝位置均按操作步骤进行的情况下能够观察到干涉条纹，但条纹不清晰，可能是下面原因造成的：（1）灯泡亮度不够。解决办法是在未超过灯泡额定电压的前提下适当增大加在灯泡两端的电压。如果灯泡已经在额定电压下则考虑遮光措施，例如拉上窗帘或在不朝阳的房子里做此实验。（2）使用毛玻璃屏和目镜观察时条纹也会不清晰，即使调节目镜，效果也不理想。其解决办法是利用测量头进行观察。　　2.能够观察到清晰的干涉条纹，但条纹并未全部在视场中，只是在视场的上方有一部分。其原因是透镜或遮光屏上下高度位置不合适。解决办法是调节透镜和遮光屏的高度，然后再观察。　　3.能够观察到清晰的干涉条纹但条纹不稳定，稍微动一下仪器条纹就不见了。其原因是单缝座太松。解决办法是调节单缝管上固定单缝座的螺钉，但要适度，不能过紧，否则会影响拨杆拨动单缝座。　　4.能够观察到清晰的干涉条纹但条纹不是竖直排列的，也就是条纹与分划板不平行。其原因是单双缝不平行。解决办法是边观察边拨动拨杆，使其竖直分布。　　5.用测量头观察干涉条纹时看到的彩色条纹中最亮的白色条纹（即零级条纹）不在视场中央位置。其原因是游标尺、分划板与目镜位置没有调好。解决办法是边观察边转动手轮，使其位于视场中央位置。　　6.在灯座、透镜、遮光屏调节无误的情况下，无论怎么拨动拨杆、换上测量头都观察不到干涉条纹。其原因可能是在遮光管上安装双缝及双缝座，再在遮光管及双缝座外套单缝管时双缝座在单缝管内倾斜，使得光只经过单缝而到双缝时由于双缝的倾斜而遮住了光的传播，因此看不到干涉条纹。解决办法是卸下单缝管及双缝座，重新安装双缝座及单缝管。安装时要用手扶住双缝座，将单缝管慢慢地套上双缝座后再松开手。作者介绍：河北三河市第二中学。（065201）
范文九：１情境导入 　　 　　首先由学生观察教师的演示实验，激发学生探究的兴趣，进入问题情境阶段。由于双缝干涉形成的条纹图象较小，亮度也不够，教室后排学生往往看不清楚，可以轮流上前排来观察。如果能够制作一个课件用大屏幕演示，效果会更好。 　　在学生观察演示实验后，教师提问：双缝干涉形成的条纹有什么特点?相邻的亮条纹或者相邻的暗条纹之间的距离是不是等间距的?那么双缝干涉条纹间距可能与哪些因素有关?你有办法验证你的猜测或疑问吗? 　　学生自由交流、发言，讲述自己的猜测或疑问，教师相机引导和评价。由教师或者指定一位同学整理同学们提出的问题并板书如下： 　　影响双缝干涉条纹间距的因素有：①杨氏双缝到接收屏的距离；②杨氏双缝之间的距离；③杨氏双缝的缝宽；④光的波长。 　　学生也可能会提出更多的问题，在问题产生的过程中，教师的引导起着关键的作用，例如：学生常常会提出一些或者偏离“主题”范围、或者过于空泛、或者超出学生的基础知识和能力范围太多以及超出实验条件而无法探究的问题，教师可以根据实际情况把其中许多问题改造为适合学生探究的问题，以使探究的问题更为集中和深入、更加接近学生的实际，从而把学生导向科学探究，使学生能够体验到探究的乐趣。 　　 　　2任务驱动（教师提问） 　　 　　我们提出了四个影响双缝干涉条纹间距的因素，看来我们不能同时探究这四个因素对双缝干涉条纹间距的影响。物理学的探究方法通常总是只改变多个因素中的一个，其余因素相对固定不变，看看所改变的这一个因素对于探究对象的影响情况。 　　关于以上影响双缝干涉条纹间距的第一个因素。怎样设计这个实验才能方便地改变杨氏双缝到接收屏的距离?(显然，如果你用一面墙壁来做接收屏的话，那么你只能移动杨氏双缝，这样对实验效果有什么影响?)杨氏双缝到接收屏的距离增大的时候，干涉条纹间距如何变化?杨氏双缝到接收屏的距离减少的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系? 　　关于以上影响双缝干涉条纹间距的第二个因素。杨氏双缝之间的距离增大的时候，干涉条纹间距如何变化?杨氏双缝之间的距离减少的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系? 　　关于以上影响双缝干涉条纹间距的第三个因素。杨氏双缝的缝宽增大的时候，干涉条纹间距如何变化?杨氏双缝的缝宽减小的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系? 　　关于以上影响双缝干涉条纹间距的第四个因素。如何得到不同波长的光?光的波长增大的时候，干涉条纹间距如何变化?光的波长变短的时候，干涉条纹间距如何变化?二者之间是正比关系，还是反比关系? 　　 　　3实验探究 　　 　　下面让我们分成小组(每个小组的人数视实验条件而定，最好2到3人一组)，可以只探究一个因素对双缝干涉条纹间距的影响，也可以探究四个因素对双缝干涉条纹间距的影响。学生根据所要探究的问题和自己提出的猜想，独立地或者在教师的指导下制订探究性实验方案，包括所依据的物理原理，工具、仪器的选择，实验的步骤，数据的处理方法等，然后各小组根据自己的探究问题和制订的探究方案，按要求分工协作，边做边讨论，通过实验和测量来收集数据，最后综合整理、归纳实验数据，进行判断，然后自己设计探究报告的格式，填写探究报告。得出相应结论，完成有关影响双缝干涉条纹间距的因素的探究报告。 　　 　　4形成结论（学生总结） 　　 　　通过实验探究，你认为双缝干涉条纹间距与杨氏双缝到接收屏的距离有什么关系？与杨氏双缝之间的距离有什么关系?与杨氏双缝的缝宽有什么关系?与光的波长有什么关系?请尽可能完整、简洁、严谨地表述你的结论。 　　 　　5交流评议 　　 　　各小组合作完成探究报告后，可以派小组代表上台介绍自己的探究成果。同学们互相评议，提出补充意见。这样学生在合作讨论、自由表达、相互评价、分析归纳、抽象概括、创造想象等探索性活动中，掌握了有关双缝干涉的知识。 　　 　　6迁移应用 　　 　　我们对双缝干涉进行了探究，那么，你可以利用双缝干涉的知识做哪些应用?比方说测量某种光的波长，你打算怎样测量(人类历史上第一次测量光的波长，就是通过测量干涉条纹间距得到的)? 　　《双缝干涉的探究》设计说明：①双缝干涉的探究有助于加深学生对于光的波动性的理解。本来双缝干涉条纹间距与哪些因素有关，可以从理论上推导出来，但是推导过程还是比较复杂、抽象的，一般安排在大学的普通物理课程里。对于高中或者中专物理教学来说，在理论上只做一些简单的、定性的讨论，但通过对双缝干涉的探究可以在直观的感性认识上加深学生对双缝干涉的理解。②研究表明，探究性学习中学生的自主程度与意义建构的效果密切相关，所以在问题产生的过程中，应当尽可能让学生自己发现问题或者深化探究问题。③由于学生之间存在个别差异。自主学习探究的能力也有差别，所以我们提倡小组合作学习。组员之间分工协作，使每一个学生都有所得与有所悟，取得尝试实践的成功。④学生可以只探究一个因素对双缝干涉条纹间距的影响，也可以探究四个因素对双缝干涉条纹间距的影响，这样可以照顾到学生的能力有差异这一实际情况，有利于全体学生参与探究活动。⑤鼓励学生的发散性思维和各种尝试，例如：有的学生会盖住一条缝，这时得到的不再是干涉条纹而是衍射条纹；有的学生会在其中一条缝的后面盖上一块玻璃，这时干涉条纹会发生移动；有的学生会尝试怎样才能更清晰地观察到干涉条纹等。⑥对于两束单色光的干涉条纹有如下特点：a相邻亮条纹或者相邻暗条纹都是等间距的；b双缝干涉的条纹间距与入射光的波长成正比，与双缝到接收屏的距离成正比，与双缝间距成反比；c由于条纹间距与入射光的波长成正比，所以用白光做双缝干涉实验时，得到的干涉条纹除中央亮条纹外，其余各级亮条纹都带有各种颜色。离中央亮条纹较远的各色条纹因相互重叠而得到均匀的强度，这样可以观察到的条纹数目较少，所以一般都用单色光做实验。
范文十：杨氏双缝干涉实验
一、实验目的
仿真杨氏干涉实验，观察干涉现象；通过设置仿真程序中的可控参数，加深对干涉理论的理解。
二、实验内容
1、光源是单色光时的干涉现象仿真；
2、光源是非单色光时的干涉现象仿真；
3、改变波长、缝距、缝到屏的距离，观察干涉条纹的变化，并作出分析。 程序：
Lambda=input('输入光的波长(单位为nm):取500)');
Lambda=Lambda*1e-9;
d=input('输入两个缝的间距(单位为mm):(取2)');
d=d*0.001;
Z=input('输入缝到屏的距离（单位为m):(取1)');
yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yM
Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);
for i=1:Ny
L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2);
L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2);
Phi=2*pi*(L2-L1)/L
B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2;
N1=11;dL=linspace(-0.1,0.1,N1);
Lambda1=Lambda*(1+dL');
Phi1=2*pi*(L2-L1)./Lambda1;
B1(i,:)=sum(4*cos(Phi1/2).^2)/N1;
NCLevels=255;
Br=(B/4.0)*NCL
Br1=((B1)/4.0)*NCL
subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br);
subplot(1,4,2),plot(B(:),ys);
title('单色光干涉现象仿真');
subplot(1,4,3),image(xs,ys,Br1);
set(gcf,'color','w')
colormap(gray(NCLevels));
subplot(1,4,4),plot(B1(:),ys)
title('非单色光干涉现象仿真');
输入光的波长(单位为nm):取500)500
输入缝到屏的距离（单位为m):(取1)1
生成图像：
3、改变波长、缝距、缝到屏的距离，观察干涉条纹的变化，并作出分析。
输入光的波长(单位为nm):取500)700
输入两个缝的间距(单位为mm):(取2)2
输入缝到屏的距离（单位为m):(取
输入两个缝的间距(单位为mm):(取2)1
输入缝到屏的距离（单位为m):(取
输入光的波长(单位为nm):取500)500
输入两个缝的间距(单位为mm):(取2)2
输入缝到屏的距离（单位为m):(取
分析：当λ增大时，Δx增大，条纹变疏；
当λ减小时，Δx减小，条纹变密。
当D 减小时，e减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。 当D 增大时，e增大，条纹变稀疏。
当d增大时，e减小，零级明纹中心位置不变，条纹变密。 当d 减小时，e增大，条纹变稀疏。