會(huì)“拐彎”的光

“未見(jiàn)其人，先聞其聲”，這句話的意思是隔著障礙物，未見(jiàn)到人，卻聽(tīng)到了他的聲音。是什么造成這種現(xiàn)象呢？這是因?yàn)槁曇舻谋举|(zhì)是一種在空氣中傳播的波，它就像能拐彎一樣，可以繞過(guò)障礙物傳播。

那么，光的本質(zhì)是什么呢？一直以來(lái)，無(wú)數(shù)科學(xué)家都在思考這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)，光是一種粒子，因?yàn)樗偸侵鄙洌坪跻怖@不過(guò)障礙物。然而，英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊在1801年做了一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，證明了光也具有波動(dòng)性。假日期間，我也在思考這個(gè)問(wèn)題，并嘗試用家里能找到的簡(jiǎn)單物品做了雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材

紅色激光筆、紙卡片、筆、刻度尺、卷尺、美工刀、白板（圖1）。

實(shí)驗(yàn)原理

通過(guò)查找資料，我明白兩列波同時(shí)傳播時(shí)會(huì)在空間某點(diǎn)疊加起來(lái)。如果在這一點(diǎn)兩列波總是波峰與波峰相遇、波谷與波谷相遇，那么在該點(diǎn)波的強(qiáng)度會(huì)增大（圖2）。相反，如果在這一點(diǎn)兩列波總是波峰和波谷相遇，那么在該點(diǎn)，兩列波相互抵消，波的強(qiáng)度為零（圖3）。這就是波的干涉現(xiàn)象。比如我們常見(jiàn)的水波，兩個(gè)水波相遇后，在重疊的地方就會(huì)形成干涉的波紋。

如果光具有波動(dòng)性，那么來(lái)自同一個(gè)光源的兩束光通過(guò)不同路徑傳播后，會(huì)形成類似的明暗相間的干涉圖樣。為了生成兩個(gè)來(lái)自同一光源的光束，通常是在一個(gè)隔板（本實(shí)驗(yàn)中用的是紙卡片）上刻兩條細(xì)的縫隙讓光源（實(shí)驗(yàn)中的光源由激光筆提供）照射上去。

實(shí)驗(yàn)步驟

1.制作雙縫

先在一張撲克牌大小的紙卡片上畫(huà)兩條平行的細(xì)線，兩條線間隔1毫米（圖4a），然后用美工刀沿每條線刻出一道窄縫，縫的邊緣盡量光滑。

2.擺放器材

將紙卡片豎直放在激光筆前方，用卷尺量出距卡片前方2米處，擺放白板，也可用白色墻壁代替，把卡片和激光筆固定起來(lái)（圖4b）。

3.生成干涉圖像

接下來(lái)是實(shí)驗(yàn)的最重要環(huán)節(jié)，打開(kāi)激光筆，讓發(fā)出的激光對(duì)準(zhǔn)卡片上的雙縫，不斷調(diào)整位置，使透過(guò)雙縫的激光在白板上形成圖像，最后對(duì)圖像進(jìn)行拍照。

當(dāng)激光筆和卡片擺放適當(dāng)時(shí)，可以看到激光經(jīng)過(guò)卡片上的雙縫射出后，神奇的事情發(fā)生了：激光打到白板上，形成了一條條間隔均勻的明亮紅色光條紋（圖5a），兩條相鄰光帶之間是暗條紋，即激光在那里減弱消失。在夜晚關(guān)上室內(nèi)的燈時(shí)，看到的效果更好，可以看到更多條紋（圖5b）。如果光不具有波動(dòng)性，我們只能在白板上看到兩條亮紋。

然而，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們觀察到了十幾條亮紋，從而驗(yàn)證了光具有波動(dòng)性。另外，可以看到中心的亮紋最亮，兩邊的亮紋逐漸變暗。但是，在離中心10厘米處還是可以觀察到亮紋。如果把激光直接照射到白板上，只會(huì)在中心位置看到一個(gè)亮點(diǎn)。現(xiàn)在，亮紋出現(xiàn)在了激光直接照射不到的地方。這里，光就像是拐彎了一樣，讓我感覺(jué)非常神奇！

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不是一次就成功的。一開(kāi)始，我用像手機(jī)自帶的手電筒那樣的白光光源，發(fā)現(xiàn)沒(méi)辦法形成條紋。查找資料后，我發(fā)現(xiàn)白光是多種顏色的光混合在一起的，每一種顏色光的波長(zhǎng)都不同，無(wú)法形成干涉圖像。所以，最好是用單色光源。后來(lái)，我在家里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)紅色激光筆。激光是一種單色光，有固定的波長(zhǎng)，比較適合用來(lái)做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的光源。

換了激光筆后，果然出現(xiàn)了明暗條紋，但條紋不是很清晰，亮條紋都連在一起，暗紋部分比較少。我仔細(xì)觀察了紙卡片上的雙縫，發(fā)現(xiàn)雙縫的邊緣不平整。調(diào)整后，最終成功實(shí)現(xiàn)干涉條紋。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我不僅掌握了一些做實(shí)驗(yàn)的基本步驟，同時(shí)對(duì)光的波動(dòng)性有了更深的了解，還激發(fā)了自己的興趣并嘗試思考問(wèn)題和解決問(wèn)題。

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