单缝衍射实验45
实验45 单缝衍射实验
【实验目的】
1(观察和测量单缝衍射图像，巩固衍射概念，加深对光的波动性的理解;
2(测定单色光的波长。
【实验原理】
夫琅和费衍射是指入射光和衍射光都是平行光的衍射。由理论计算可得，单缝衍射的光强分布规律为
sinu2 …………(3-207) I,I()Ou
为入射光波长，为衍射角。由式(3-207)可见 式中a为狭缝宽度，,,
2 1(当时，根据罗必达法则=1，则I=I，即中央亮纹处光强最大为I，,,o(sinu/u)00称为中央主极大。
2(当时(K=?1，?2，?3……)即时，I=I，出u,,asin,/,,K,asin,,k,0现暗条纹。由衍射角很小，因此暗条纹出现的条件为
K, …………(3-208) ,,a
3(从式(3-208)可见，当K=?1时，为主极大两侧第一级暗条纹的衍射角。由此决
2,定了中央明条纹的角宽度。 ,,,a
4(从暗条纹公式可以看出，当入射光的波长一定时，衍射角与狭缝宽度a成反比。,
狭缝a越宽，越小，各衍射条纹向中央收缩。当狭缝宽到一定时，衍射现象消失，光线沿,
直线传播。
5(从式(3-208)可见，任意两条暗条纹间的角宽度为。即暗条纹是中央明条纹,/a
为对称轴等间隔地左右对称分布。实验时，应用实验公式:
al, , (3-209) (m，n)L
式中a为单缝的宽度，m和n分别为中央亮条纹左右两侧的暗条纹极数，I为m级和n级暗条纹之间的距离，L为透镜(物镜)和光屏(物镜焦平面)之间的距离，可从测微望远镜的读数窗读出。对于一定的波长，一定级的衍射角和单缝宽度a成反比，即改变单缝,,
宽度a时，a和1的乘积应保持不变。
因此，我们可以用单缝衍射仪实现:
1(测定单色光的波长; ,
2(在一定条件下，验证各级条纹之间的距离是否相等;a和1乘积是否保持不变。
【实验仪器】
单缝衍射仪
单缝衍射仪仪器介绍:
主要包括单缝帽套，望远镜和单色光源三部分组成。
实验时单缝帽套套在测微望远镜的物镜前，望远镜安
装在底座上，结构如下图3-128:
1(单缝帽套 2(帽套固定手轮
3(单缝缝宽调节手轮 4(测微望远镜筒
5(望远镜调焦手轮 6(L值读数窗口
7(望远镜倾斜角微调螺栓
8(测微目镜头 9(测微目镜固定螺栓
10(测微目镜读数鼓轮 11(测微目镜调焦轮
12(底座 13(高、低固定手轮
-5单色光源是钠光光源。其波长是5.89×10cm。钠光
灯的灯罩是八面柱体，每面开有一条狭缝，每一条狭缝即
为一个光源。光源装在一只落地底座上，高、低可以任意调节。 图3-128 仪器结构图
【实验内容】
1(调节钠光灯的灯罩位置，使狭缝刚好落在钠光灯最亮部位。然后调节光源的高度，使光源上的狭缝和单缝射仪等高。
实验前，光源要预热约10分钟。
2(把单缝衍射仪单缝帽套取下，移动仪器底座，使测微简望远镜正对光源狭缝，并能在测微望远镜中看到狭缝的象，调节测微望远镜俯仰角微调螺栓(7)使象落在测微目镜的中间。如有反射象发生，则使反射象和象重合。再调节微目镜调焦镜(11)使十字叉丝清晰。然后调节单缝衍射仪调焦手轮(5)使狭缝象清晰，从读数窗口(6)读数则L=125+读数值+修正值。
3(将单缝帽套(1)套在测微望远镜上，使单缝成垂直状。旋紧帽固定手轮(2)调节单缝缝宽调节手轮(3)使狭缝有合适的宽度(约0.6mm—1mm)这时在测微目镜中即能看到清晰的微衍射图象。
4(调节测微目镜读数鼓轮(10)使十字叉丝和左边第m条暗条重合，从测微目镜读数鼓轮读出其位置读数1m，转动测微目镜手轮，分别使十字叉丝和某条暗条纹重合时，依次记录下左边第m-1、m-2、2、1以及右边第1、2、n+2、n+1、 n条暗条纹的位置，读出读数1n，两个读数之差，即为二条暗条纹之间的距离l值。
5(轻轻取下单缝帽套注意切勿使缝宽a发生改变，用台式读数显微镜测出缝宽a。
al,6(根据公式,即可计算出单色光的波长值。 ,(m，n)l
7(为了验证在一定的单缝a时，任意两条相邻暗条纹之间衍射角的差值为:
L,L、m和n的值可取1、2、3……或2、4、6……。 ,,a
8(为了验证对一定的波长，一定级的衍射角和单缝宽度a成反比，即改变a时，a,
和l的乘积保持不变，则可改变几次缝宽，重复做对比实验。
【数据记录与处理】
自己设计
表
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格记录并处理实验数据。
【注意事项】
1(使用时勿将单缝衍射仪的物镜旋松，测微目镜头应该插到底，然后再用测目镜固定手轮加以固定，以免从读数窗口读出的读数值和实际值不符，引起系统误差。
2(如果衍射条纹左、右都不能看到10级或10级以上，则要检查钠光灯灯罩的狭缝是否在钠光灯的最亮位置，钠光灯泡在灯罩中是否歪在一边。
3(有时测微目镜中的十字叉丝湮没在暗条纹中，看不清楚时，可以从衍射条纹上、下的二条亮光中找到。
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