二重スリットで光の干渉縞をみよう

高校物理の超簡単な実験シリーズ。おうちでもできます。レーザー光を二重スリットに通して干渉縞をつくりましょう。

まめしば
まめしば

レーザー光源は、少しお金がかかるよ。あとは文房具だけ!

準備

準備物:レーザー光源、0.3mmのシャーペン芯、厚紙(5cm角あれば十分)、片面粘着のマグネットシート(1cm×4cm程度)

レーザー光源は安価なものでも2000円以上します(単なるLED光源はだめ。レーザーです)。シャーペン芯0.3mmは100均に売ってました。0.5mmでもいけるかもしれませんが、なるべく細い方がいいです。マグネットシートは必須というわけではなく、下記手順を読んでいただき、代用できるものを編み出していただいてもOK。

厚紙とマグネットシートをそれぞれ2枚、適当な長方形に切りとり、貼り合わせます。2枚の厚紙の間にシャーペン芯をはさめば二重スリットができあがります。

上写真の例では厚紙の間隔が1.7mm程度、その中央はシャーペン芯0.3mmで隔てられています。マグネットシートの粘着面で厚紙とシャー芯が並んでくっついています。厚紙の間隔が狭いほど干渉縞ははっきりしますが、狭すぎると今度はレーザー光が通れる光量が少なくなり、暗すぎて見えない可能性があります。

今回は赤色光源を使いました。下写真は、スリットなしで壁に投射したときのものです。

やってみよう

部屋を真っ暗にして、光源に二重スリットをほぼくっつくくらいに近づけておきながら、壁に光を当てます。

写真では少し分かりにくいですが、明線・暗線が繰り返される縞模様ができているのが分かります(実物を見るともっと綺麗!)。20次以上までの明線が見えています。

考察しよう

ヤングの実験の理論から明線の間隔 $\D x$ は$$\D x=\frac{L\lambda}{d}$$ただし、スリットと壁の距離を $L$、スリット間隔を $d$、単色光の波長を $\lambda$ としています。ものすごくざっくりやるなら、$\lambda=7\times10^{-7}$、$L=1$、$d=3\times10^{-4}$ を代入して $\D x\approx 2$mmくらい。

緑色のレーザーに変えてみたり、壁から遠ざかってみたりして $\D x$ の変化を見てみましょう。上の公式と辻褄が合うと思います。

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