双棱镜干涉实验

——双棱镜干涉实验

利用菲涅尔（A.J.Fresnel）双棱镜可以实现光的干涉。菲涅尔双棱镜干涉实验曾在历史上为确立光的波动学说起到过重要作用，它提供了一种用简单仪器测量光的波长的方法。 【重点、难点提示】

光的波动性；双棱镜干涉现象；双棱镜干涉测波长；光路的调整 【目的和要求】

1．观察由双棱镜所产生的干涉现象，并测定单色光波长。

2．加深对光的波动性的了解，学习调节光路的一些基本知识和方法。 【实验仪器】

1．光源；2．光具座；3．狭缝；4．双棱镜；5．凸透镜；6．测微目镜。 【实验原理】

双棱镜形状如图6.38.1所示，其折射角很小，因而折 射棱角接近180。今设有一平行于折射棱的缝光源S产生 的光束照射到双棱镜上，则光线经过双棱镜折射后，形成 两束犹如从虚光源S1和S2发出的相干光束。它们在空间

传播时有一部分重叠而发生干涉（画有双斜线的区域）， 图6.38.1 双棱镜示意图 结果在屏幕E上显现干涉条纹，如图6.38.2所示。

ES12aSS2O折射面折射棱角x

图6.38.2 双棱镜产生的相干光束示意图

干涉条纹以O点为对称点上下交错地配置。用不同的单色光源作实验时，各亮条纹的距

离也不同，波长越短的单色光，条纹越密；波长越长的单色光，条纹越稀。如果用白色光作实验，则只有中央亮条纹是白色的，其余条纹在中央白条纹两边，形成由紫而红的彩色条纹。

利用干涉条纹可测出单色光的波长。单色光的波长λ由下式决定

2ax （6.38.1） D式中2a为S1S2间的距离、D为S1S2到E幕的距离，x为任意两条暗条纹之间距离。 【实验内容与步骤】

一、调整光路

本实验的具体装置如图6.38.3所示，由光源发出的光通过狭缝变为缝光源，再经双棱镜

折射，就可获得两个相干光源，因而能在测微目镜里看到干涉条纹。测微目镜的构造和使用参见第三章§3.3.4“常用光学仪器”4。

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图6.38.3 双棱镜干涉装置图

1．开亮光源，先将狭缝稍放大点，观察光通过狭缝后是否照射到双棱镜的棱背和射入2．调光学元件同轴等高。

光具座上只放光源、狭缝、透镜，观察屏放在测微目镜位置。调狭缝中心与透镜的主光

目镜，若不能，则须调整光源及目镜的位置以达到上述目的。

轴共轴，并使主光轴平行于导轨（共轴等高调节方法见本书第6章实验33）。再放入双棱镜，并调节左右高低，使屏上出现两个强度相同、等高并列的虚光源的像。最后用测微目镜代替观察屏，调目镜，使两个虚光源的像位于目镜中心。

二、调出清晰的干涉条纹

取下透镜，缩小狭缝，并用目镜观察是否有彩色条纹出现，若没有，则须调节双棱镜的棱背使之与狭缝平行，可轻轻转动双棱镜或狭缝架上的旋钮，使能清楚地看出干涉条纹为止。

三、测x

在光源与狭缝间加上红玻璃片，则条纹变为明暗相间的，将目镜叉丝对准所选定的一条暗纹，从镜里的标尺及旋钮上记下读数d1，再转动旋钮，使叉丝经一定数目的暗纹（因x很小，不易测准，故取10米条来测量，以减小误差），记下读数d2，则

x

四、测2a

|d1d2| （6.38.2） 10不改变仪器位置，在双棱镜与目镜间加上凸透镜，调节透镜高度，并前后移动透镜，以

便在目镜中看到二虚光源S1、S2的像S1、S2。将目镜叉丝先后对准S1和S2，测出其间之距离为2a（如图6.38.4所示）。然后根据透镜成像公式

2aS1A2a' （6.38.3） BS1'2aS2'S2AB2a'

图6.38.4 测虚光源成像光路图

即可求得二虚光源的距离2a。其中A为物距（狭缝到透镜距离），B为像距（透镜到测微目镜分划板距离）。A和B可从光具座上测出。

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【数据表格】

表6.38.1 测定单色光波长

次数 1 平均 x(cm) 2a(cm) A (cm) B (cm)  (Å) 【数据处理与结果表示】

按公式（6.38.4）计算单色光波长的平均值和不确定度。

A2a'Bx （6.38.4） AB

【思考题、练习题】

1．如果棱镜和双棱镜不平行，能看到干涉条纹吗？为什么？ 2．如果狭缝太宽，能看到干涉条纹吗？为什么？

3．若要观察到清晰的干涉条纹，对光路的调节要点是什么？ 4．是否在空间的任何位置都能观察到干涉条纹？

5．任意两条暗纹之间的距离与哪些因素有关？当狭缝与双棱镜距离改变时，条纹间距怎样变化？

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