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§第一节肥皂泡引起的遐想
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现象不能算作知识。
生活中,有许多奇异的现象。
当遇到一种现象时,你问过为什么吗?你要获得知识,你就不要停留在那些现象上。
只有追根溯源,查明现象的机理,才能抓住它……
您吹过肥皂泡吗?肥皂泡是很有趣的。
它在阳光的照耀下,会呈现出五颜六色的虹彩。
原来,肥皂泡是一个有一定厚度的透明薄膜,阳光在它的内外两个表面反射后,出现了具有相同波长、不同相位的两列光波,它们发生了“光的干涉”
现象,出现了彩色干涉条纹。
什么是光的干涉呢?简单说来,就是:从同一个光源发出的两列光波,在它们交迭的空间的某些地方,出现亮度的明暗变化,或者出现彩色的现象。
如果是单色光源,看到的是明暗相间的条纹;如果是白光光源,看到的是彩色条纹。
在一般情况下,我们眼睛直接看到的,往往是某些薄膜所产生的干涉条纹,如肥皂泡薄膜所产生的彩色干涉条纹。
干涉现象是怎样产生的?让我们来看一个生活中的实际例子吧,把一块石子投进平静的湖水里,就会在水面上激起一圈圈的涟漪。
如果同时投进两块石子,就会在水面上激起两列水波,它们相遇而产生一种奇丽的图景——高低相间的圆波纹和放射形状的条波纹。
这是因为,在两列波的波峰相遇处和两列波的波谷相遇处,水面波动更加剧烈;而一列波的波峰同另一列波的波谷相遇处,则波动互相削弱了。
这就是水波干涉的结果。
光波的干涉也是这样。
但是,光的干涉是有条件的,正如英国物理学家托马斯·杨所指出的:(1)两列波必须具有相同的波长;(2)两列波具有一定的相位差;(3)两列波具有一致的振动方向。
这就是说,并非任意两列波迭加都能产生干涉现象,只有从相干光源发出(频率或波长相同、相位差恒定)的两列波相遇才能产生干涉现象。
1801年,托马斯·杨想出了一个巧妙的办法,将同一光源发出的光人为地分成两束,这样就保证了这两束光必然具有相同的频率(或波长)和恒定的相位差,使两束光相遇并发生了光的干涉现象。
杨氏实验的方法是这样的:让太阳光穿过一个屏上的小孔,然后投射到另一个开有双孔的屏上,又穿过这个屏上的两个小孔,光被分成了两束,这双孔就可以看成为两个相干的点光源。
当这两束光在后边的象屏上相遇而迭加时,在相位相同处相互加强,在相位相反处相互减弱或抵消。
太阳光是复色光,是由波长不同的单色光组成的,每种单色光都各自在屏上不同位置得到加强和削弱,最后在屏上就会呈现出彩色的干涉条纹来。
1802年,托马斯·杨为了进一步研究干涉现象,又做了一个双缝实验。
一个具有一定波长的光源,照射一块不透明的遮光板,板上有一条狭缝。
这个单缝被单色光源照亮,作为线状光源。
前边,又有一块不透明的遮光板,板上有两条离得很近并相互平行的双狭缝和。
这两条狭缝的距离相等,并且在长度方向上与长度平行。
光波发出两列圆柱面波,从而由同一光源得出了两列波,成为相干线光源。
在更远一些的地方,放置一块白纸或毛玻璃的象屏。
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