视频字幕
双缝干涉实验是物理学中最重要的实验之一。它由托马斯·杨在1801年首次进行,用来证明光的波动性质。实验装置包括一个相干光源、带有两个狭缝的挡板,以及一个观察屏。当光通过两个狭缝后,会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹图样。
当相干光照射到双缝装置时,光波通过每个狭缝都会发生衍射。根据惠更斯原理,每个狭缝都可以看作是新的波源,向各个方向发射球面波。这些从两个狭缝发出的波会在空间中传播并相互叠加。
干涉现象的核心是波的叠加原理。当来自两个狭缝的光波在某点相遇时,如果两波的相位相同,即波峰与波峰相遇,就会发生相长干涉,光强增强,形成亮条纹。如果两波的相位相反,即波峰与波谷相遇,就会发生相消干涉,光强减弱甚至为零,形成暗条纹。
双缝干涉的条纹位置可以用数学公式精确描述。路径差δ等于缝间距d乘以sinθ。当路径差等于波长的整数倍时,发生相长干涉,形成亮条纹。当路径差等于波长的半整数倍时,发生相消干涉,形成暗条纹。光强分布呈现余弦平方函数的形式。
双缝干涉实验具有深远的科学意义。它不仅证明了光的波动性质,还为波粒二象性概念的建立奠定了基础,推动了量子力学的发展。在现代科技中,干涉原理被广泛应用于激光干涉仪、光学测量仪器等精密设备中,为科学研究和工程技术提供了重要工具。