10单缝衍射测波长136培训讲学

1、精品文档单缝衍射测波长通过单缝衍射实验， 可具体地观察到单缝衍射现象， 学习利用单缝衍射进行光波波长的测量，同时在实验中掌握 WDY-1 型单缝衍射仪的使用方法。实验目的1.了解单缝衍射的特点，加深对光的波动性的认识。2.学会用单缝衍射仪测量光波波长。实验原理及方法如图 1 所示，通过单缝后的衍射光经透镜L（相当于望远镜的物镜）会聚屏P 上，在屏上呈现出明暗相间的单缝衍射图像。图 1由惠更斯一菲涅耳源理可推得单缝衍射的光强分布II 0sin 2uu2uasin（ 1）式中 a 是单缝的宽度，为衍射光的波长，为衍射角。当=0时，II 0 ，这是衍射图像中光强的最大值，称为中央主极大。当 sink

2、k , I0 ，出现暗纹。实，（ k =0 ， 1， 2， 3， ）时，则 uak际上角很小，所以一般暗纹出现在sin处，因此，中央主极大两侧暗纹之间的a精品文档精品文档角宽度为2，而其它相邻暗纹之间的角度均为。aa除了中央主极大之外，两相邻暗纹之间都有一次极强，计算得出次极强在下列位置：sin1.43,2.46, 3.47,aaaI=0.047， 0.017， 0.008I 0如图 2 所示。图 2在实验中，一般采用测量暗纹的中心位置，因为：1）暗纹的中心位置易确定2）中央亮纹两侧暗纹的中心位置呈等距离分布。在图 1 中 Pk 是第 k 级暗纹的中心位置，则有sinP0Pkk（ 2）x)2(

3、P0 Pk ) 2a( f在测量中一般采用测量+k 与 k 两级暗纹的中心位置，令l kPk P k2Pk P0 ，则上式可改写为l k2k（ 3）2a( fx) 2lk4即alk（ 4）lk22k( fx)24式中 lk 只有焦距 f 的 1%左右， l k2 与 ( fx)2相比更小，可以忽略lk2的影响，则式（ 4）4精品文档精品文档可简化为如下形式al k（ 5）2k ( fx)测出单缝宽 a 与中央亮纹对称的两条暗纹的中心们置求得l k，知道衍射级数k，望远镜焦距f，由望远镜上读出聚焦调节量(像方截距 )x 值，即可由式（5）算出所测单色光的波长。仪器构造及使用钠光灯， WDY 1

4、型单缝衍射仪，读数显微镜等。图 3WDY-1 型单缝衍射仪结构图1单缝2缝宽调节螺丝3单缝与望远镜筒的紧固螺丝4读数窗5望远镜调焦螺旋6测微手轮7测微目镜8望远镜仰角调节螺丝9支架及底座WDY 1 型单缝衍射仪结构如图3 所示，相当一个加装测微目镜的望远镜，可调单缝套在望远镜物镜上。如果钠光灯距物镜的距离可视为无限远，则单缝衍射图样将呈现在物镜的后焦平面上， 望远镜的目镜是一个测微目镜，分划板装在目镜的前焦平面上，即单缝衍射图样恰好成在分划板上，借助分划板上准线的移动可测出各条纹间的距离。实际上， 光源不可能放在无限远处，这时衍射图样不能恰好成在分划板上。若要在分划板上能看到清晰的衍射图样，就

5、必须稍微将物镜前移一些，前移量x 由读数窗中所示位置读出（x =0 的位置，相当于物镜后焦平面与目镜前焦平面重合的位置）。读数显微镜的使用参阅“读数显微镜及测量方法简介”有关部分。实验内容1.调节单缝的宽度，观察衍射图样随缝宽变化的特点。2.测量钠黄光的波长。3.测量缝宽。将单缝置于读数显微镜下测量单缝两边缘的位置a左 、 a右 并计算。精品文档精品文档操作重点及难点望远镜的调节1.调节目镜使分划板上的十字叉丝清晰。2.调节单缝方向使之与钠光灯的光窗缝平行。3.调节叉丝方向使其中一根与衍射条纹平行。4.调节望远镜的物镜，使看到的衍射条纹非常清晰，此时即可记下x 的值。注意事项lk 与缝宽 a 的测量都是通过测量两个位置而确定的，并且都是通过测微手轮实现测量的，因此在 lk 与 a 的测量过程中， 测微手轮只能朝一个方向旋转，每个测量的起始位置应该在要测量的两个位置之外（例如，要实现从a左 向 a右 的测量，起始位置应在 a左 的左侧，使得在测量 a左 位置之前，叉丝就是由左向右移动的） 。设计性实验设计一个实验方案，用以验证单缝宽度与中央明纹宽度之间的函数关系。预习思考题1.为什么在测量中测微手轮只能朝一个