實 驗 十四
雙 狹 縫 干 涉 實 驗
一、目的
觀察光的雙狹縫干涉現象，進而測量單色光的波長。
二、原理
西元1690 年，惠更斯提出一個學說。謂：光是一種波動，在每一個行 進波波前上各點均可視為次波之小波源，此許多次波的切面即成一新波前，
以此類推，就可知道光進行的軌跡。。
當光波進入一雙狹縫時，可視為兩個新波源，彼此同相，這兩個新波源 所發出的波，將互相干涉，而在屏幕上產生明暗相間的條紋，這就是波的干 涉現象。西元1801 年，楊格首先從事這個實驗，所以又稱為楊氏雙狹縫干 涉實驗。
如圖一所示，設d 為兩狹縫間的距離，λ 為所用單色光的波長，θ 為OP 與OQ 所成之夾角，則在 Q 點上所產生的干涉情形為：
圖一 雙狹縫干涉的光線示意圖
Q
相長性干涉 Î dsinθ =nλ ……… (1) 相消性干涉 Î θ )λ
2 n 1 ( sin = +
d ……… (2)
其中n 為正整數，n = 0 時為中央亮線，同時干涉條紋必對稱於 P 點。
如果 L>> X，則
L
= X
≈ θ θ tan
sin ，代入式(1)與(2)得
亮紋位置 Î
d
Xlight = nL ……… (3)
暗紋位置 Î
d L Xdark
2) n 1 ( +
= ……… (4) 上兩式中的n、X 及 L 均可量測到，而 d 則可由狹縫片上的標示得知，
因此我們就可以算出單色光的波長 λ。而若已知單色光的波長，則可以反過 來校驗兩狹縫間的距離。
三、實驗儀器 (1) 光學平台 (2) 光源 (3) 光具座
(4) 多個雙狹縫片 (5) 附有刻度尺的屏幕
四、實驗步驟
(1) 儀器裝置如圖二所示，將光具座及角度盤座放在精緻光學平台上，雷射 光源放在光學平台的一邊，取雙狹縫片 (縫距 0.5 mm)，吸附在光具座 上，繞射刻度尺吸附在角度盤上，調整雙狹縫片與繞射刻度尺間的距離 為L = 90 cm。。
(2) 打開雷射光源，使光線對準雙狹縫入射，則我們可在繞射刻度尺上，看 見一系列的干涉條紋，且左右對稱，在繞射刻度尺上分別量出左右第一、
第二及第三亮紋到中央亮紋的距離 (X)，並一一記錄之，再左右平均，
即分別得n = l、n = 2 及 n = 3 的相對應值 X1、X2及X3。(用游標尺在刻 度尺上量出亮紋到中央亮紋的距離)。
(3) 將所得的數值代入公式 (3) 算出波長 λ。
(4) 依次調整雙狹縫片與繞射刻度尺間的距離為 70 cm 及 50 cm，重覆步驟
(1)、(2) 及(3)；再將所有波長值平均之，並與雷射光波長標示值比較，
算出百分誤差。
(5) 更換雙狹縫片 (縫距 0.25 mm)，重覆步驟 (1)、(2)、(3) 及 (4)。
五、注意事項
使用雷射光源應注意事項如下：
(1) 切勿使眼睛正對光束，或由雷射光出口往內看。。
(2) 切勿將雷射光投射到任何人的眼睛。
(3) 不使用雷射光源時，切勿開機。
(4) 在雷射光束路程上，不放置易燃物或反射率高的物體。
(5) 實驗中，如有可能受到雷射光照射，則應戴上護目鏡。
(6) 雷射光源內部裝有高壓電源，不可隨意開封，以免觸電。
圖二 儀器裝置
物 理 實 驗 實 驗 報 告
教師評分：____________________
系別：____________________
班別： ____________________ 組別：____________________
學號： ____________________ 姓名：____________________
實驗日期： ______________________________
同組實驗者 學號：__________________ 姓名：
__________________
雙狹縫干涉實驗
實 驗 十四 雙 狹 縫 干 涉 實 驗
系 別： 學 號：
組 別： 日 期：
姓 名： 評 分：
………..
(註 實驗完畢立即填妥本實驗數據，送請任課教師核閱簽章。)
七、記錄
※ 雷射光源波長： nm
(一) 雙狹縫片一： (d = mm) X (mm)
L
(mm) n
左 右 平均 L
X d
×
= ×
λ n (nm)
1
2
900
3
1
2
700
3
1
2
500
3
平均波長 λ ＝
波長測量百分誤差 ＝ ％
(二) 雙狹縫片二： (d = mm) X (mm)
L
(mm) n
左 右 平均 L
X d
×
= ×
λ n (nm)
1
2
900
3
1
2
700
3
1
2
500
3
平均波長 λ ＝
波長測量百分誤差 ＝ ％
八、討論
1. 雷射光波長為 632.8 nm，入射於一未知縫距的雙狹縫，在距雙狹縫 2 m 處的屏幕上產生干涉條紋，某生量得中央亮紋與第二亮紋間的平均距離 為 3.2 mm，求此雙狹縫片的兩狹縫間距離為多少？
