单缝衍射光强分布研究.ppt

单缝衍射光强分布研究 大学物理实验 一 实验目的 1 学会SGS 3型衍射光强实验系统的调整和使用方法 2 观察单缝衍射现象 研究其光强分布 加深对衍射理论的理解 难点 1 激光光线与光电仪接收管共轴调节 重点 SGS 3型衍射光强实验系统的调整和使用 3 学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 2 光传感器增益度的正确调整 4 学会用衍射法测量狭缝的宽度 二 实验原理 当光在传播过程中经过尺寸可与波长相比拟的障碍物时 一部分光会传播到几何阴影中去 产生衍射现象 在用散射角极小的激光器 0 002rad 产生激光束 通过一条很细的狭缝 在狭缝后大于0 5m的地方放上观察屏 就可以看到衍射条纹 它实际上就是夫琅禾费衍射条纹 二 实验原理 一 单缝衍射的光强分布 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 式中 是狭缝宽度 是波长 在整个衍射图样中 中央明纹最亮 最宽 称为中央主极大 暗条纹是以光轴为对称轴 呈等间隔 左右对称的分布 二 实验原理 二 衍射障碍宽度的测量 宽度为的单缝产生的夫琅禾费衍射图样 其衍射光路图满足近似条件 产生暗条纹的条件是 则单缝的宽度计算式为 是单缝位置到光电池位置的距离 是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离 二 实验原理 三 光电检测 根据硅光电池的光电特性可知 光电流和入射光能量成正比 只要工作电压不太小 光电流和工作电压无关 光电特性是线性关系 所以当光电池与数字检流计构成的回路内电阻恒定时 光电流的相对强度就直接表示了光的相对强度 三 实验仪器 SGS 3型衍射光强实验系统 激光器 可调单缝 光传感器 光电流放大器 白屏 1m硬铝导轨 激光器 光导轨 白屏 可调单缝 数显光电流放大器 光电探头 光具座 可调狭缝 二维调节滑动座 移动测量架 光电探头 数显光电流放大器 四 实验内容 1 准备工作 开启光电流放大器 预热10 20分钟 以一维测量架上光电探头的轴线为基准 调节光学系统中各光学元件同轴等高 1 转动测量架上的百分手轮 将光电探头调到适当位置 调到45cm处 百分手轮 四 实验内容 1 准备工作 2 调节激光器水平 调节光靶同轴等高 沿导轨来回移动光靶 调节激光器架上的六个方向控制手钮 使得光点始终打在靶心上 同轴等高 激光束通过靶心 四 实验内容 1 准备工作 3 取下光靶 装上白屏 将狭缝放进有横向调节装置的滑座上 调整狭缝同轴等高 同时将狭缝固定在距离光传感器850mm左右 激光束从狭缝中心通过 刻度线压在21cm处 四 实验内容 2 观察衍射图样 白屏放在光传感器前 观察衍射图样 根据衍射斑的状况 适当调节狭缝宽度 致使衍射图样清晰 各级分开的距离适中 便于测量 四 实验内容 3 测量 1 取下白屏 转动百分鼓轮 横向微移测量架 使衍射中央主极大进入光传感器接收口 观察数显值 若数显值出现1 说明光能量太强 应 逆时针调节光电流放大器的增益 建议示值在1500左右 调节光传感器侧面的测微头 减小入射面到接收面上的能量 逆时针旋转 调节测微头 减小进光量 四 实验内容 3 测光电管的光电特性 2 按直尺和鼓轮上的读数和光电流放大器数字显示 记下光电探头位置和相对光强数值 主尺加上百分手轮读数值 相对光强值 四 实验内容 3 测光电管的光电特性 3 在略小于中央主极大处开始记录数据 选定任意单方向转动鼓轮 每转动0 1mm 记录1次数据 直到测完0 2级极大和1 3级极小为止 四 实验内容 4 数据处理 1 按测得的数据画出相对光强与被测点到中央主极大的距离的函数关系曲线 四 实验内容 4 数据处理 2 从图中找出极大值和极小值的位置 以及各极大值对应光强值 与理论值算百分误差比 3 计算狭缝宽度 与狭缝测量值算百分误差比 五 实验注意事项 1 单面测微狭缝不允许超过零位 以保证刃口不被损坏 2 光传感器对光非常敏感 不允许用激光器或其他强光照射 3 激光器电源的正负极不允许错接 激光管两端的高压引线头千万不要拔出 激光电源空载输出电压高达数千伏 要警惕误触 4 激光束光强极高 切勿用眼睛对视 防止视网膜遭永久性损伤 5 测量过程中要防止回程误差 即测量开始时 应将百分鼓轮按原方向转几圈 才开始读数测量 测量过程中百分鼓轮只能沿一个方向旋转 一旦反转 数据无效 须重新调整再开始读数 6 保护光学元件的光学表面 不得触摸光学元件的光学表面 7 实验完成后 不可调动仪器 要等老师检查完数据并认可后才能关机 五 实验注意事项 六 思考题 1 激光器输出的光强如有变动 对单缝衍射图样和光强分布曲线