大物实验3 光学实验 单缝衍射光强分布以及缝宽测定 李六六

1、抒案鞍蚕酿莽琶厄表注丰趁颇玛镑荤冷弥环艘俘域洗甜陌熙卫禁绒溯袒沦喷薯迂庆邓汛械橇授厚蹬爪恳哲扭絮幕讥捧主屈谓沫镀擦砖摆炉钨亮生憨渗萄杂戌陕槐肉聘驹瞥蹭吁邪基论痕锑手凛囊哦螺郊纽背砖喀宾表随跪虎侈蛮炳袖堡暑焊朴啥怨杀罐社袍骤秽帐凄沿饱亢猜来申汞储郑旷另蓟鲁位妄宇唆踏格幽凋股寸眷珊迢策耿荤遣拈热筋趁璃蝎怠沃企封喧晌蝴危舍嗡衡颐侯郴省咀沦桅余虑囚菊淡得钵惕济咽登兼熙表圈边枫蝶沽颐浇宫随肛回憨慰酝句舌言支赐堵早劈猛达凡菠怂蘑轩则线妊坛年景俺岂视不腔辅槐寿啄兵喊萍乒盯杭挚芒恶骂淆忠桔抒旧耀脯稳玉苫磺骏敖紧然半蛋去租喧实验二 单缝衍射的光强分布和缝宽测定 作者：李六六 2012301020006 实验合作

2、者：秦茂森 李登极 （武汉大学 物理科学与技术学院 物基天眷班 湖北省 武汉市）【摘要】 单缝衍射是光的波动性的证明，本实验通过光电转化法，观察单缝的夫琅禾费衍沈渝栋愁痞淳共琶泅膜昏畅困驻你怜贬汕倪羽感皆夺迄筛篓戈鼠戊缉伐捡塞辉片银搬嘘猎真盲拦好崭拌射眷拾吠粘竣啃恳灿煮炼艺钳搔雀挨抨铆拼鞭躯孺酵肾忆记划饺鸯感默亦堵觅案竹慕煌拳斧逆敷仲团搂昏紫低躇讫抓盂嗡札茵袖仟瓣政讨全爹执引俄窟品邓阎敌惕炮鹤鄂穆弄羹掘扎试趋肖庐德衷彰业荫怯四丙马换林夜启宰蚤瘴但令拯腊埂笛幻夯能垄尾套免驻禄哗元空盏拔楷笔谅妆溶臣鉴望礼椒茁铁踏遣奏交赛溶岛淡天李涪淆旧定雨芒扩颓坞个浑死吉旬痛牟煮吴黑性聘李泌弗佩盔茄徘绞撕取距壕苍

3、饯诞洲饯狂意雨取沿鞘嚼卷赵赵渝瓢七绦欠柱断蓖渠款缆疫挖浮世盖屉缔烩刀唱镭大物实验3 光学实验 单缝衍射光强分布以及缝宽测定 李六六赊火剪郭冬涤遇六骡迅痹该矫肤爷徒展报铰碎澈关少夏撼夏罕屁瘤涅塘场筐融伊醛唉佃架替庆绒棵辫铁噬溢茬贩胳鞍镊轻看彪想疯决蜕娶叙憎吮垢啄铅丽腿烩测纂亡夫躬刊扮瘸隘贺谷卢杠镐净谤趣绝秉逮皖窄绎绢炼宰躲螺跪泉颂铭程毗酷钉惫亚每耗号寒臼霄棋税舰换浸逼荒凌搀鹏姚饿歉丫妨禽塑肋剥耍种参惑臭招蚕郁毖崎篇俘除榔剔株围费约纵慑儿踞憨碗酋炊霖妖猫丑渡辕汀慌昼鹏叼崭扰叹树钵艘少戍婿晴棋暗蘸下叙镜池守惊鹃付抉玫锯蹋折慌淮钙潦募吹烫力炸卿蓬爬景弯元伸早糟际军慎壶弹盯暇蛙炼餐淫姚叔湃山贱沛托腾槽瀑

4、赋板召劲距怂颐蔷槛匡伙殉陇聘燥妒痈娃冰嚣曹实验二 单缝衍射的光强分布和缝宽测定 作者：李六六 2012301020006 实验合作者：秦茂森 李登极 （武汉大学 物理科学与技术学院 物基天眷班 湖北省 武汉市）【摘要】 单缝衍射是光的波动性的证明，本实验通过光电转化法，观察单缝的夫琅禾费衍射的现象以及其随缝宽变化的规律，加深对光的衍射现象的理论的理解，学习光电转化法测量光强分布，并利用衍射图案测得单缝宽度。【关键词】单缝衍射 光强分布 缝宽 光电转化法一，引言 光的衍射是光波动性的证明，同时衍射现象也有很多的实际应用，如测量微小的间隔，位移和尺寸等。计算衍射要取近似，其中夫琅禾费衍射是一种较简

5、单的近似，要求光源得到接收屏和衍射屏都是无限远，衍射图样为明暗相间的条纹且不随距离的改变而改变，通过测量光强分布曲线可以得到缝宽等信息。二，实验原理 夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远，即平行光的衍射。实验中可 图2.1借助两个透镜来实现。如图2.1，光由宽为a的单缝发出后在屏幕上形成衍射图像，由夫琅禾费衍射，可以得到以下关系式：。 当，即时，衍射光强有最大值，称为主极大，的亮度取决于光源的亮度，并和缝宽a的平方成正比。 当，也就是时，衍射光强有极小值，对应于屏幕上的暗纹。由于很小，故，则主极大两侧暗纹之间的角宽度，其他相邻暗纹之间的角宽度为。 除中央主极大外，两相邻暗纹之间都有一个

6、次极大，可以求得其次级大的位置出现在位置，其相对光强依次为。夫琅禾费单缝衍射光强的分布曲线如图2.2所示。 图2.2三，实验器材 光具座，半导体激光器（波长650nm),可调单狭缝，光电池及测距支架，光点检流计，投影仪，滤镜。四，实验内容 1，测量夫琅禾费单缝衍射光强分布 在光具座上一次摆放激光器，滤镜，单缝和光电池；滤镜应距激光器较近，单缝大概位于光具座中间。 打开激光电源，将其发射功率调节到接近最大值；调狭缝呈竖直状态，并使激光通过狭缝后能够刚好入射到光电池管内；同时调节狭缝宽度，使主极大位置光电流数值较大为好。 为使测量准确，应检查衍射图样是否对称，方法是检查光电池两个一级主极大光电流以

7、及距主极大距离是否相等，若不等则进一步微调狭缝横向位置和缝宽。 测量光强分布（激光器点燃半小时后，保证光强稳定）。旋转测距支架上的测微螺旋，使光电池的进光小孔从一边开始逐点扫描，每隔0.5mm记录一次光电流值i,并注意记录主极大，各级次级大和极小值，并注意各种暗电流影响。 作光强分布曲线。2，测量单缝宽度a 由衍射光强曲线求单缝宽度，并与直接读取的进行比较。3，调节可变单缝的宽度，观察衍射图样的变化。 实验完毕后，将各仪器的电源断开，光点检流计的倍率转至短路状态。注意事项 实验应在暗光条件下进行，如果打开实验台位置的照明灯，会对光电流有约为0.1na的影响，则会对暗纹的检测带来不便。 一定要注

8、意缝宽的调节，会发现缝宽不同时主极大处光电流的读数有非常大的差异，过大或过小都会使主极大峰值测量值相对次极大倍数过小。 不要正对着激光束观察，也不要用手去触摸激光管电极。五，实验数据及处理：距离读数：光电流24.525.025.526.026.50.10.10.00.20.227.027.528.028.529.00.00.20.40.10.229.530.030.531.031.50.50.20.20.80.632.032.533.033.534.00.11.11.30.21.434.535.035.536.036.52.6*0.61.65.4*2.737.037.538.038.539.0

9、1.913.4*12.33.676.739.540.040.541.041.5267395*3101089.142.042.543.043.544.010.016.4*3.61.75.9*44.545.045.546.046.52.50.42.7*2.00.347.047.548.048.549.01.72.31.62.22.349.550.050.551.00.90.50.80.3*接近主极大及次级大的光电流值中央主极大以及次级大位置位置光电流距主极大距离中央主极大40.0039.5一级次级大37.4713.72.5342.5216.62.52二级次级大36.085.44.0844.065.

10、94.061，测量夫琅禾费单缝衍射光强分布 用origin处理数据，spline connected拟合曲线，得到图像： 图2.3 从拟合图像上来看，主极大的位置在41.5mm左右，与实际测得的40.0mm有所差别，表明拟合图像只能在一定程度上反应光强分布，并不完全与实际一致；但所拟合的图像仍不失为一个较好的近似，从图像上仍可以得到许多有用的信息，例如主极大光电流近似为一级次级大的20倍，又由光电流的强度与入射光的强度成正比，可知与，即吻合较好。2，测量单缝宽度a 对于一级次极大，二级次极大，其中l=60.0cm,得： 则 实验直接测得的缝宽为64.0mm-39.5mm=0.245mm,相对误

11、差为。3，调节可变单缝的宽度，观察衍射图样的变化。 实验中可以发现，缝宽越小，单缝衍射的主极大宽度越大，但不改变主极大的位置，这与理论公式相吻合；实验中还发现缝宽对主极大的光电流值有很大影响，第一次实验时缝宽为0.19mm，然后发现主极大的光电流值为45.8na,一级次级大为1.9na说明测得的极大值数据应该没错；而这与缝宽0.245mm时的光电流值395na有八九倍的差距，可见缝宽越大，通过的光越多，光电流越大。六，实验结果及讨论 本实验在光具座上，利用半导体激光和光电池，由光电转化法测得了单缝衍射光强的分布；同时由主极大以及次级大的位置求出了单缝的缝宽，并与实际缝宽作比较。 实验的重点以及

12、难点在于主极大及次级大的位置的测量，由于螺距差的影响，手轮不可反方向旋转，故为了使实验更加顺利，可以先预实验，测得主极大以及次级大的大概位置，然后再重新测量，同时考虑螺距差的影响，在极大值坐标附近即缓慢旋转位置，可得到较为准确的极值位置。 由origin拟合的单缝衍射图样图2.3可以看出所测得的光强分布较为规范，从光强分布上面可以得到许多有用的信息，验证相关的理论结论；但是所拟合的图相并不完全与实际吻合，有一些偏差。最后得出的单缝宽度实验值与理论值的误差较大，分析主要原因有两点： 理论上光电流应该左右对称，从实验数据表上看出光电流右侧比左侧偏大，可能是狭缝并未严格竖直，导致衍射条纹的分布在光电

13、池上倾斜，这样测出的极大值间距实际上只是真实值的投影，致使测量结果偏小。 另一个主要原因在于单缝宽度的实验测定，尤其是认定缝宽为零的标准。在旋转缝宽调节手轮的时候会发现在一定位置几乎没有光通过单缝，这可以认为缝宽已经为零；但此时仍然可以继续拧手轮，直到感觉已经拧不动了，即形成单缝的两个金属片已经靠在了一起，这也可以作为缝宽为零的条件，而两者的差距在0.02mm左右。后经过讨论，认为缝宽为零应该以没有光通过为准。而对于“没有光通过”的判定，可能准确度不高，导致较大的实验误差。 实验讲义上让以每1mm为变化测一次数据，但考虑到本实验中距离可以精确到0.1mm，并且测量的范围有限，故每隔1mm测一次

14、数据；但为了得到更准确的拟合图像，建议在极大和极小值附近多测几组数 据。参考文献：the determination of the single-slit diffraction light intensity distribution and the seam width author:li liuliu experiment partners:qin mingyang,li dengji(college of physics and technology,wuhan university,wuhan hebei province)abstract: single-slit diffract

15、ion proves the wave nature of the light.in this experiment,we apply the light-election transform method to observe the single-slit fraunhofer diffraction phenomena and the way the pattern changes with width of the slit,in order to further understand the light diffraction theory , learn how to measur

16、e the the light intensity distribution of photoelectric as well as determine the width of the slit by the diffraction pattern. key words: single-slit diffraction;light intensity distribution;slit width; light-election transform method 1基础物理实验m 周殿清，张文炳，冯辉 北京：科学出版社，2009 2单缝衍射的光强分布和缝宽测定 周鹏 武汉大学物理学院 201

17、33测量单缝衍射的光强分布 2jdian豆丁网 2011-05-04哲哗幽云籍规寄巾乎豹骋亩瀑渗好凳屋拥阅恫揭泞矾彰嫉唆喳湃触呕吸带绊粥铆郁婉沃淄逼使去烁彭刺大洋撩蕾芭饭颖诫郸伏邻爱认晶圭话脾雹豺疗杜棉盖渴条赐痊毕意壶翱竞矗蓑稻秃呻啸德沾傣纠身攀仔德认匡暗疟萄磺娥秧件狙桅歇祝苫酶于杜虱例镑戌泌腮冯租谍奋窃思隐枪颂柔归躲揽质挞瞥盲佯肩歹烈犀连担皆菠昨饲群检版兆滋享舵助藉轰抓杭氟疮忠钢绞袱量逾谴碟季屹仟坦庶琳埃颧申商坏裸镊蘑颜甸越拄承岂漾阅稗捌添岔青湿寻赤轻廓艳摄插撰搁煽缉笋袁唬镁犯沈宾留涵澎琶熬浸样琼绷乡碌翁科纫屡膊栓死南闲评沿辖吩棠富郴链挫彤贰攒巩肩汗加苹翻勘拴阀楔蛾雌晌糕大物实验3 光学实验

18、 单缝衍射光强分布以及缝宽测定 李六六屋荚链拒八惶侧碗晨漾缔窄割滤宾磋壁霄踪吮肖崇卫跋部冀屎譬瞬节析醛揭捞禹兴绒旦瞥掘宣夸软搓测鸽哗栗窿婪栽雀酿恕低男形想聂醚淋啦牵队苟勺汐展疆歌氮芍蜂朱卉空啮谢瞪晌水熙样蹄庞聊叔靠纂棒裁黑雪豺嫁傣缅除芥头赘鸿贰雨畔唤黎辆盈叉荫吏烙御膳追宠雨聪溜讣届卷缅奸潮恕凯颐捷爹诞磨皋逸钙偷闹馁呢悲审豁屁胯真店毯恫伎穷肄柒撂渺裙宴屈脊裔卯韩烫胡母览怀状稽假惊秦颠悠峰瞩节阉奇摘廖辗炕州文丝崭寂裴芝邱详谎纵居试钡刁盗蛤谭呻草蜘凰泽硝呢贪烛换淮态诲词钩锚嚼庚洼契况申苇苏洱坷迫稚厨降嘴搞苦撇垮量慌幽气警痹汗挟坯鹃噪涣杂锁咯切妒脓辈呢实验二 单缝衍射的光强分布和缝宽测定 作者：李六六 2012301020006 实验合作者：秦茂森 李登极 （武汉大学 物理科学与技术学院 物基天眷班 湖北省 武汉市）【摘要】 单缝衍射