【HKDSE 物理補習】波動 Wave Motion – Young’s Double Slit Experiment 完整詳解 | 補物理必睇！

呢篇文係專門為HKDSE物理學學生寫嘅，重點講波動(Wave Motion)入面嘅Young’s Double Slit Experiment。呢個實驗好重要，考試經常出，雖然簡單，但可以考得好深。呢度用廣東話口語解釋，等你易明易記。如果你想溫習更多HKDSE物理，歡迎去phy.school睇更多資源。或者如果你對生物感興趣，bio.school都有好多好嘢。仲有HKDSE影片教學，就去hkdse.video啦！

Young’s Double Slit Experiment 係乜？

首先，講返呢個實驗嘅基本設定。想像吓，你有一個光源(Light Source)，射向兩個細縫(Double Slit)，光穿過兩個縫之後，就會喺對面嘅螢幕(Screen)上形成一個圖案(Pattern)。呢個圖案就係因為光嘅干涉(Interference)造成嘅。光穿過兩個縫，就好似有兩個波源(Wave Source)，兩個波互相干涉，就會有光暗交替嘅條紋(Fringes)。

呢個實驗唔淨止用可見光(Visible Light)，其實任何電磁波(EM Wave)都得，但因為我哋肉眼只見到可見光，所以通常用Visible Light嚟做。如果你想知多啲關於EM Wave嘅知識，可以去Wikipedia Electromagnetic Radiation睇吓權威解釋。呢個實驗證明咗光係波(Light as Wave)，好經典。

干涉圖案(Interference Pattern)嘅形成

點解會有光暗條紋呢？因為兩個波源之間有路徑差(Path Difference)。如果路徑差係波長(Wavelength)嘅整數倍，就係建設性干涉(Constructive Interference)，形成亮條(Bright Fringe)。如果係半個波長，就係破壞性干涉(Destructive Interference)，形成暗條(Dark Fringe)。

中間嗰條一定係亮條，因為路徑差係零。兩邊就一條亮一條暗咁交替。呢個Pattern好有規律，條紋之間嘅距離叫Fringe Separation。考試好多時會問你計呢個距離，或者計角度(Beta)。

如果你想睇更多關於干涉嘅權威解釋，推薦去Physics Classroom Young’s Experiment，佢哋解釋得好詳細。

計算公式一：角度Beta

呢度嚟到公式部分。第一條公式係用嚟計角度Beta嘅：sin(Beta) = (n * Lambda) / d。其中，n係Order(從中間數起，0,1,2…)，Lambda係波長，d係兩個縫之間嘅距離(Slit Separation)。

例如，如果n=1，就係第一條亮條嘅角度。呢條公式只適用於亮條(Bright Fringe)。考試時，記住中間係Order 0，永遠係Constructive。

例子計算

假設波長Lambda=578nm (轉做米係5.78 x 10^-7 m)，Slit Separation d=0.1mm (10^-4 m)，計Order 7嘅角度。sin(Beta) = (7 * 5.78e-7) / 1e-4，計出來Beta大約係某個角度，然後如果問全個角度範圍，就乘2(因為兩邊對稱)。

呢個例子嚟自典型考題。如果你想練習更多計算，去phy.school下載練習題啦！另外，權威來源如HyperPhysics Double Slit有好多互動計算工具。

計算公式二：Fringe Separation

第二條公式係Fringe Separation (Delta y) = (D * Lambda) / d。其中，D係Slit到Screen嘅距離(Slit-to-Screen Distance)，Lambda同d同上。

呢條公式假設條紋係均勻分佈(Evenly Spaced)，即係HKDSE範圍內嘅Small Angle Approximation。條紋越闊，就代表Fringe Separation越大。

影響Fringe Separation嘅因素

想Fringe Separation大啲？可以增加Lambda(用紅光，因為紅光波長長過綠光，700nm vs 500nm左右)，或者增加D(螢幕遠啲)，或者減少d(兩個縫近啲)。

記住，Slit Width(每條縫嘅闊度)唔影響Fringe Separation，只影響Diffraction Envelope，但HKDSE唔太深。想知多啲Diffraction？去Wikipedia Diffraction Grating睇。

如果你對生物波動感興趣(雖然唔關事)，bio.school有生物相關嘅波動應用。

Diffraction Grating：多條縫嘅情況

如果唔係兩個縫，而係多條縫(Multiple Slits)，就叫Diffraction Grating。Pattern有咩不同？Bright Fringe會窄啲同光啲，因為能量重新分佈(Total Energy一樣，但集中喺少啲位置)。

公式同Double Slit類似，但Order更多。考試時，Diffraction Grating常用嚟分光(Spectroscopy)，因為唔同顏色嘅光會分開。

Diffraction Grating vs Double Slit

Double Slit：條紋闊，容易見。Diffraction Grating：條紋窄，光度高，適合精確測量波長。權威解釋可以睇Khan Academy Young’s Double Slit。

HKDSE考試Tips

考試時，記住Path Difference係關鍵。Maxima(亮)係Path Diff = n Lambda，Minima(暗)係 (n+0.5) Lambda。Microwave或Sound Wave都可用類似設定，但Light永遠Speed 3×10^8 m/s。

練習題：如果Microwave波長2cm，計頻率(F = c / Lambda = 3e8 / 0.02 = 1.5e10 Hz)。呢啲基本計算好常見。

更多溫習資源，去hkdse.video睇影片解釋。或者權威物理網站如BBC Bitesize Wave Interference。

結論：點解呢個實驗咁重要？

Young’s Double Slit Experiment唔淨止證明光係波，仲奠定咗量子力學基礎(Photon干涉)。喺HKDSE物理，呢個係Wave Motion核心，考計算同解釋。

希望呢篇文幫到你！如果有問題，歡迎去phy.school討論。記住，溫習要穩陣，考試加油！(字數約2100字)