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输入计算

数学公式

Show calculation steps (2)
  1. Fringe Spacing

    Fringe Spacing: 杨氏双缝干涉计算器

    Spacing between adjacent bright fringes.

  2. Fringe Angle

    Fringe Angle: 杨氏双缝干涉计算器

    Angular position of the m-th bright fringe.

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结果

条纹位置 (y)
5
距中央亮纹的距离(mm)
衍射角 θ 0.28648°
条纹间距 Δy 5 mm

什么是杨氏双缝干涉计算器?

本工具用于模拟经典的杨氏双缝实验——正是这个实验通过干涉现象证明了光的波动性。当相干光通过两条间距为 d 的狭缝时,光波相互叠加,在距离为 L 的屏幕上形成明暗相间的条纹图样。这个计算器可以帮你求出任意一条亮纹的位置、相邻条纹之间的间距以及衍射角。

Diagram of Young's double-slit experiment showing coherent light passing through two slits separated by distance d, traveling distance L to a screen with an interference pattern of bright and dark fringes
Setup of Young's double-slit experiment: light through two slits (separation d) forms fringes on a screen at distance L.

使用方法

请依次输入:光的波长(单位为纳米,可见光大约在 380–750 nm 之间)、缝间距(单位为毫米)、到屏幕的距离(单位为米),以及条纹级数 m(m = 0 表示中央亮纹,m = 1 为第一条亮纹,以此类推)。计算器会给出条纹位置 y(单位毫米)、衍射角 θ(单位度)以及相邻条纹之间的间距。

公式详解

当两束光的光程差恰好等于波长的整数倍时,就会发生相长干涉(即出现亮纹):$$d\cdot\sin\theta = m\lambda$$在小角度条件下,\(\sin\theta \approx \tan\theta = y/L\),由此可以推导出便于计算的条纹位置公式 $$y = \frac{m\lambda L}{d}$$相邻两条亮纹之间的间距为 $$\Delta y = \frac{\lambda L}{d}$$它与条纹级数无关。

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Geometric diagram showing two slits, the path difference d sin theta between rays, the angle theta, screen distance L and fringe height y
Geometry of the path difference d·sinθ that determines bright-fringe position y on the screen.

计算实例

假设 \(\lambda = 500\ \text{nm}\),\(d = 0.1\ \text{mm}\),\(L = 1\ \text{m}\),\(m = 1\)。先进行单位换算:\(\lambda = 5\times10^{-7}\ \text{m}\),\(d = 1\times10^{-4}\ \text{m}\)。则 $$y = \frac{1 \times 5\times10^{-7} \times 1}{1\times10^{-4}} = 5\times10^{-3}\ \text{m} = 5\ \text{mm}$$条纹间距同样为 5 mm,而 \(\sin\theta = m\lambda/d = 0.005\),因此 \(\theta \approx 0.2865°\)。

常见问题

小角度近似是否总是成立? 公式 \(y = m\lambda L/d\) 假设 \(\theta\) 是小角度(仅几度)。本计算器输出的衍射角 \(\theta\) 采用的是精确关系式 \(d\cdot\sin\theta = m\lambda\),因此遇到大角度时,建议将两者对照参考。

条纹级数 m 是什么意思? 它表示从中央向外计数的亮纹序号。m = 0 是中央最亮处;m 值越大,条纹离中心越远。

为什么波长用 nm、缝间距用 mm? 这些是实验室里最常用的自然单位。计算器在内部会统一把所有数据换算成米,以保证结果一致。

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