영의 이중슬릿 실험으로 알아보는 빛의 간섭

2022.08.18 - [물리학II 클립] - 수면파의 간섭

수면파의 간섭

학습 목표

이중 슬릿의 간섭 실험을 이용하여 빛의 파장을 구할 수 있다.

빛의 간섭

빛도 수면파와 마찬가지로 간섭 현상을 일으킨다. 이중 슬릿에서 빛이 일으키는 간섭 현상에 대해 알아보자.

이중 슬릿은 두 개의 점파원 역할을 하기 때문에 두 개의 파가 스크린에서 중첩되어 간섭무늬가 나타난다. 

따라서 스크린에 밝은 무늬(보강 간섭)와 어두운 무늬(상쇄 간섭)가 규칙적으로 나타난다. 무늬가 나타나는 조건을 경로차에 따른 간섭 조건을 활용하여 정량적으로 구해보자.

 

경로차로 설명하는 영의 이중슬릿 실험 결과

S1과 S2에서 나온 두 빛이 스크린 상의 한 무늬 지점(ex: m=2, 2차 밝은 무늬)까지 진행하는데 각 광선의 경로 차이가 'dsinθ'이다. 이때 θ는 이중 슬릿의 중앙과 스크린 상의 한 무늬 지점(m=2, 2차 밝은 무늬)간의 각도를 의미한다.

 

①차수 'm'으로 두 빛의 경로차를 찾기

같은 위상으로 진행하는 두 파동의 경로차가 반파장의 짝수 배일 때는 보강 간섭이 일어나고, 반파장의 홀수 배일 때는 상쇄 간섭이 일어난다. 빛도 파동이기 때문에 동일한 조건에서 간섭의 종류가 결정된다.

밝은 무늬(보강 간섭) 차수 m	어두운 무늬(상쇄 간섭) 차수 m
m=0 (중앙 밝은 무늬)	m=0 (첫 번째 어두운 무늬) -중앙 밝은 무늬에 바로 이웃함
m=1 (첫 번째 밝은 무늬)	m=1 (두 번째 어두운 무늬)
m=2 (두 번째 밝은 무늬)	m=2 (세 번째 어두운 무늬)

중앙 밝은 무늬로부터 두 번째 밝은 무늬가 생기는 지점(m=2, 밝음)까지의 두 빛의 경로차(dsinθ)는 '2λ'이다. 마찬가지로 첫 번째 어두운 무늬가 생기는 지점(m=0, 어두움)까지의 두 빛의 경로차(dsinθ)는 '0.5λ'이다.

 

②중앙에 밝은 무늬가 생기는 이유

중앙의 밝은 무늬가 나타나는 지점은 두 빛의 진행 경로 길이가 같기 때문에 경로차가 0이 돼서 빛들끼리 보강 간섭을 일으킨다.

 

③이웃한 무늬 사이의 간격 구하기

식에 따르면 이웃한 무늬 간격은 이중 슬릿의 간격(d)과 스크린까지의 거리(L) 그리고 빛의 파장(λ)에만 영향을 받는다.

 

가상 실험으로 확인하는 이웃한 무늬 사이의 간격

https://javalab.org/youngs_double_slit/

영의 이중 슬릿 - 자바실험실

기출문제 풀어보기

21년 10월 학평 물리2 4번

답: 2번

 

22년 7월 학평 물리2 18번

답: 5번