单缝衍射实验 - 副本

单缝衍射实验 - 副本单缝衍射实验 - 副本单缝衍射实验实验目的 ,(观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。 ,(会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。 ,(学会用衍射法测量微小量。实验仪器激光器，单缝和细丝，光电探测器。实验原理 ,(单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。屏亮暗xd, D 图5—9,1 单...

单缝衍射实验 - 副本单缝衍射实验实验目的 ,(观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。 ,(会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。 ,(学会用衍射法测量微小量。实验仪器激光器，单缝和细丝，光电探测器。实验原理 ,(单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。屏亮暗xd, D 图5—9,1 单缝衍射有两种:一种是菲涅耳衍射，单缝距光源和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都不都是球面波;另一种是夫琅和费衍射，单缝距光源和接收屏均为无限远或者相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。在用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝(0.1,0.3毫米宽)，在狭缝后大于1.5米的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图5—9—1所示。当在观察屏位置处放上硅光电池和读数显微镜装置，与光点检流计相连的硅光电池可在垂直于衍射条纹的方向移动，那么光点检流计所显示出来的硅光电池的大小就与落在硅光电池上的光强成正比。如图5—9—2所示的实验装置。单缝激光管探头光功率计　图5—9—2 1 当激光照射在单缝上时，根据惠更斯——菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为 2sinu I,I02u ,d,,dxsinu (5—9—1) ,,,,D d,式中，是狭缝宽，是波长，D是单缝位置到探头位置的距离，是从衍射条纹x的中心位置到测量点之间的距离，其光强分布如图5—9—3所示。 ,当相同，即相同时，光强相同，所以在屏上得到x2sinu,,0的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当时，I,I02u1x,0，，在整个衍射图样中，此处光强最强，称I,I0 u,,dsin,,k,为中央主极大;当，即(k,,1, ,2, L)u,2,Ix() xxI,0时，，在这些地方为暗条纹。暗条纹,,k,Ddx12 ,x0图5—9—,是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。中央 ,xk,,1亮条纹的宽度可用的两条暗条纹间的间距确定，;某一级暗条,x,2,Dd1010 ddd纹的位置与缝宽成正比，大，小，各级衍射条纹向中央收缩，当宽到一定程度，x 衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿直线传播的。于是，单缝的宽度为 D,d,k (5—9—2) x k因此，如果测到了第级暗条纹的位置，用光的衍射可以测量细缝的宽度。 x 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法。根据互补原理，光束照射在细丝上时，其衍射效应和狭缝一样，在接收上提到同样的明暗相间的衍射条纹。因此，利用上述原理也可以测量细丝直径及其动态变化。 2(细丝直径的测量 dd依巴比涅定理，直径为的细丝产生的衍射图样与宽度为的狭缝产生的衍射图样相同。如图5—9,4所示(该图中的细丝垂直于纸面)，产生暗条纹的条件是 dsin,,k,(k=1，2，3，„) (5—9—3) 2 xksin,,由于 22xf，k k,22所以 (5—9—4) d,x，fkxk k式中k=1，2，3，„，可以看出，只需测出第个暗条纹的位置，就可以计算出xk d细丝的直径。 dxk , f 图5,9,4 实验内容 ,(单缝衍射的光强分布及单缝宽度的测量 (,)开启激光电源，预热。 (,)将单缝靠近激光器的激光管管口，并照亮狭缝。 (,)在探头处，先用纸屏进行观察，调节单缝倾斜度及左右位置，使衍射花样水平，两边对称。然后改变缝宽，观察花样变化规律。 0.5(4)从中央极大处开始，每经过毫米，测一点光强，一直测到第三条暗纹。 D(5)测量单缝到探头的距离。 x(mm) 0 0.5 1.0 I I/I 0 ,(数据记录及处理 (,)以中央最大光强处为x轴坐标原点，把测得的数据归一化处理。即把在不同位置上测得的光强读数除以中央最大的光强读数，然后在毫米方格(坐标)纸上做出I/I0—x光强分布曲线。 d(,)根据三条暗条纹的位置，用(5—9—2)式，分别计算出单缝的宽度，然后求其平均值。 3(细丝直径的测量 (,)可参照实验内容,的步骤调整仪器。 (,)利用光功率计测出中央明纹、第1，2，3，4级暗条纹的位置x,、x、x、x、0123x，由(5—9—4)式分别计算出细丝直径d、d、d、d，求出细丝直径d的平均值。41234 3 注意，此时(5—9—4)式中的应改为细丝到探头的距离，如图(5—9—5)。即 Df kD,,22 dxDk,，,kxxkk dxk, D 5—9—5 思考题 ,(什么叫光的衍射现象, ,(夫琅和费衍射应符合什么条件, ,(单缝衍射光强是怎么分布的, ,(如果激光器输出的单色光照射在一根头发丝上，将会产生怎样的衍射花样,可用本实验的哪种方法测量头发丝的直径, ,(本实验中采用了激光衍射测径法测量细丝直径，它与普通物理实验中的其他测量细丝直径方法相比较有何优点,试举例说明。 x(mm) 0 0.5 1.0 I I/I 0 ,,D, nm mm 级次K 0 1 2 3 4 位置 x(mm) d(mm) i d(mm) 4 5

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