单缝衍射的光强分布(完整版+空白打印版+真实实验数据)

1、得分教师签名批改日期深圳大学实验报告课程名称:大学物理实验（一）实验名称：单缝衍射的光强分布学院：专业：班级：组号：指导教师报告人：学号实验时间：年月日星期实验地点实验报告提交时间：一.实验目的1观察单缝衍射现象及其特点；2 测量单缝衍射的光强分布；3用单缝衍射的规律讣算单缝缝宽;二、实验原理：光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射.当障碍物的大小 与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的 衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场 衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射

2、。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是 平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域:A或厶兄伫8L8式中：a为狭缝宽度；L为狭缝与屏之间的距离：兄为入射光的波长可以对L的取值范困进行估算：实验时，若取“51x10八入射光是居恥激光，其波长为，- = .6cm2cm9所以只要取L 20cm ,就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验 A证明，取厶a 50cm,结果较为理想。b. 根据惠更斯一费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律:土 = (sin u/u)式中:u =（加 sin 0）/2暗纹条件：由上式知，暗条纹

3、即/=0岀现在u =(p)f A = 土/r, =2兀，即暗纹条件为asin(p = kA , k = , k = 2,明纹条件：求/为极值的各处，即可得出明纹条件。令 (sin2 u/u2) = 0du推得u = kmw此为超越函数，同图解法求得：” =0, 1.43”，246/r, 347兀，即asin0 = O, l43;r, 246/r, 347/r,可见，用菲涅耳波带法求岀的明纹条件dsin0(2k + l)/l/2 , k = , 2, 3,只是近似准确的。单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位苣和相应的光强如下:sb01.43兀/0 土 2.46 讥 3.47龙九

4、0.047 Zo 0017/（）O.O187o图521单集衍射的相对光强分布曲线C.应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽由暗纹条件：asin（p = kA并由图有：Xk = Ltan（pk由于很小，所以Xk =厶女=kLA/a令b = Xk+l-Xk =LA/a （b为两相邻暗纹间距），贝IJAa = LA/b （或a = LA/Xlt X】为中央明纹半宽度）由此可见，条纹间距b正比于L和/1,反比于缝宽a由实验曲线测岀b （取平均值），即可算 出缝宽a。d.实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花样和同样宽度的单 缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替

5、，就可完全应用以上的理论和公 式。三. 实验仪器：导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装宜、WJH型数字式检流计。四、实验内容和步骤：1.实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算岀缝宽d。实验中用硅光电池作光强/的测量器件。硅光电池能直接变为电能，在一泄的光照范围内，光 电池的光电流j与光照强度/成正比。本实验用的是WJH型数字式检流讣，以数字显示来检测光电 流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流进行处理，从而将光强/以 数字显示出来。a.按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平：图5-22测

6、定单绳衍射的一堆光强分布装置图1 一导轨;2 激光电源；3激光器;4 一单缝二维调节架；5小孔屏；6维光强测衆装; 7-WJH型数字式检流计。b. 激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装苣之间的距离均置为50cm左右，加 上本实验采用的是方向性很好，发散角1x101x10-的He-Ne激光作为光源，这样可满 足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜厶和厶丄。；c. 点亮He-Ne激光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注 意的是：观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。d. 将WJH接上电源开机预热15min,将量程选择开关置I档，衰减旋钮垃校准为I匕（顺时

7、针 旋到底，即灵敏度最髙）。调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪烁）。以后在测量过 程中如果数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调髙一档。如果数字显示小于190,且小 数点不在第一位时，可将量程减少一档，以充分利用仪器分辨率。e. 将小孔屏垃于光强测量装苣之前，调二维调节架，选择所需的单缝缝宽d,观察小孔屏上 的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和 变化规律，另一方面调节各元件，使小孔屏上的衍射图像涓晰、对称、条纹间距适当，以便测量。 这一步是测虽效果是否理想的关键。f. 移去小孔屏，凋整一维光强测量装巻，使光电探头中心与

8、激光朿髙度一致，移动方向与激光 束垂直，起始位置适当。g. 关掉激光电源，记下本底读数（即初读数）再打开激光电源，开始测量。为消除空程，减 小误差，应转动手轮使光电探头单方向移动，即沿衍射图像的展开方向（X轴方向），从左向右或 从右向左，每次移动0.200mm,单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。h. 在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值（减去初读数）描绘出来。就得单缝衍射的光强分布图。若以光强最大值人除各数值，也可得岀单缝衍射的相对光强分布图。i. 测出狭缝到硅光电池的距离L,并从光强分布图上测岀b （多测几个，取平均值）或X,算出狭缝缝宽:j. 用读数显微镜直

9、接测出缝宽，测5次，取平均值，与衍射测量结果比较，求相对误差。五、数据记录：组号：;姓名X 坐标X(mm)相对强度1坐标X(mm)相对强度1坐标X(mm)相对强度1坐标X(mm)相对强度1(1六、数据处理:L = 50cm 0.05cm = 0.5 mA = 650/ = 6.50 x 10? m中央明纹半宽度为:=1.700/77/?/ = 1.7 x 10? m_16.200mm -12.800/?;/?%1=2则:a = LA/Xt0.5/7? X 6.50 X 10 7771.7xl0f=1.91x10 “ in七、实验结果与讨论:八：问答题1当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度

10、将会怎样改变如果缝宽减半，乂怎样 改变答：由a = LA/b可知，当a增加一倍时.L、2保持不变，b变为原来的1/2,光强 增加，条纹变细。当a减半时，b变为原来的两倍，光强减弱，条纹变宽。2激光输出光强如有变动，对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响有何影响 答：激光输出的光强增大时，衍射图像明纹变亮，光强分布曲线变陡，当输岀光强减弱时，衍射图像明纹变暗，光强分布曲线变平缓。3用实验中的方法是否可测量细丝直径其原理和方法如何 证：光程差即 |l2 + -L22WL2+ 22+L2+2L/l由于/极小，故舍去，得IL 2LA4即 a2/（8L2）l4本试验中，X=632.80mm,缝宽约为0.0

11、05cm,屏距L约为50cm试验证是否满足夫琅 和衍射条件：答：可以，把单缝换成要测量的金属丝，屏上夫琅和费衍射花样和同样宽度的单缝衍射花样的一样, 故只需将单缝宽度a换成细丝直径d,则可计算出乩指导教师批阅意见:成绩评左:预习（20分）操作及记录（40 分）数据处理及思考题（40分）报告整体印象总分数据处理25分结果与讨论5分思考題10分A注：1.报告内的项目或内容设宜.可根据实际情况加以调整和补充：2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内:3、教师可根据实验报告整体悄况酌情扣分（10分）。得分教师签名批改日期深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称:单缝衍

12、射的光强分布学院：专业：班级：组号：_B7指导教师报告人：学号实验时间：201 年月日星期90实验地点实验报告提交时间：一、实验目的二、实验原理:at衍射的光骼圈三. 实验仪器:四、实验内容和步骤:图522测定单St衍射的一维光强分布装置图1 一导轨;2-激光电源;3激光器;4 一单缝二维澗节架;5-小扎屏;6一维光7-WJH型数字式检流计。五、数据记录：组号： B7；姓名X 坐标X(mm)相对强度1坐标X(mm)相对强度1坐标X(mm)相对强度1坐标X(mm)相对强度1*S$六、数据处理:七、实验结果与讨论:八问答题1当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变如果缝宽减半，乂怎样 改变2激光输出光强如有变动，对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响有何影响3用实验中的方法是否可测量细丝直径其原理和方法如何4本试验中,X=,缝宽约为，屏距L约为50cm试验证是否满足夫琅和衍射条件:指导教师批阅意见:成绩评左:预习 20分）操作及记录（40 分）数据处理及思考题（40分）报告整体 印欽总分数据处理25分结果与讨论5分思考題10分注：1、报告内的项目或内容设宜.可根据实际情况加以调整和补充：2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内:3、教师可根据实验报告