课件下载-衍射光学组合实验

1、PASCO物理组合实验系列衍射光学组合实验傅冠久 编译上海交通大学物理实验中心目 录实验1 单缝衍射·········································

2、3;·················································

3、3;···················1 实验2 双缝干涉实验····························

4、3;·················································

5、3;························6 实验3 衍射及干涉图形的比较·······················

6、··················································

7、··············9实验1 单缝衍射引言光子是一种基本粒子，在传播过程中具有波粒二相性，满足测不准光子，当通过狭小的单缝时，表现出清晰的衍射现象，即光强在空间的重新分布。实验仪器光具座（导轨），光屏及白纸，激光（二极管式），单缝板，用于固定安装在线转换仪上单缝板的夹座。光孔盘，可调节感光器接入光线量的大小。转动传感器用来测定位置，光感应传感器测量光强，两者均需与计算机连续，500接收器及电脑。实验目的学习并掌握单缝的衍射规律，并由此证明极小值的位

8、置与理论预测的一致。实验原理如图1.1所示，第m级极小值（即暗纹） 对应的位置满足如下关系： aSin=m (m=1,2,3,) y 又因为较小，故有tg= DmD(m=1,2,3,) 故有a= y图1.1实验内容1.手工测量（1） 如图1.2所示，安装好仪器，将单缝置于激光之前3cm处。图1.2（2） 用自纸（或坐标纸）贴在光屏上，并放在光具座的另一端用螺丝灯固定。（3） 选择单缝为0.04cm的狭缝，调节激光的位置，使之正好射在单缝的中央，这样光屏上能看到清晰的衍射图。（4） 测出单缝与光屏之间的距离D，并标出衍射光斑的暗条纹的位置，据此测出第1级，第2级对应的Y1、Y2的值。1（5） 数

9、据记录表格如下：两边对应级的距离单边暗纹到中心的距离算出单缝宽度a误差E 第一级(m=1)第二级(m=2) =6700A o（6） 将单缝换成0.02mm及0.08mm再重复上述内容。 2计算机自动处理。 （1） 如图1.3所示，将光屏拆下，用光感应器记录光强。图1.3（2） 打开电脑启动光谱测量程序（连击两下科学工作室图标），看到如图1.4的图案。图1.4图1.52（3） 在图1.4的界面中，按下模拟插头并移到通道A、B或C中任一个（如A）并点击A选择感应器为光传感器如图1.5，此时选择的就是测量光强的接收系统，同样按下数码式插头并移到通道1、2上，并点击1或2选择感应器为旋转移动传感器。如

10、图 1.6所示，此时选择的就是测量角 度的接收系数，但通过线性转换器变成位移。（4） 在图1.4中的界面上找到图表处并移到光感应传感器上，得到如图1.7的坐标显示，点击横轴钟面上，并选择数码式输入1，跳出小界面，然后选择位置，如图1.8，纵轴上点击一下，选择模拟式输入A，选中强度，如图1.9，完成后变成图1.10。（5） 点击记录图标REC，此时计算机准备数据采样，缓缓转动旋转移动传感器上的滑轮，此时光感应传感应随着旋转移动传感器一起移动，从而记录到衍射光斑的光强，从一边转到另一边，（即过0位置，记录好两边的衍射花样）点一下Stop图标，此时此记录到图1.11的衍射图。（6） 科学工作室提供了

11、处理数据的一些方法，如界面 的左下角有一组图标，如 图1.12其中（a）有统计功能，（b）可以求到指定点的坐标。（c）还原等。（7） 将狭缝的大小调换，再重复上述内容。（8） 数据处理表格自拟。图1.8 图1.7 图1.63图1.9图1.10图1.114(a)(b)(c) (d)图1.12注意事项在光具座导轨上放置仪器时应轻放，不可用力过猛，以免损坏仪器，特别是狭缝板和光孔板应绕轴心转动，切不可用力撬。思考题当光通过的单缝增大时，两边暗纹的距离是增大还是减小的？ 5实验2 双缝干涉实验引言波的干涉现象是一种常见的现象，当两列叠加的波具有相同的频率，且有固定的相位差时，就会产生稳定的干涉现象。实

12、验仪器除将单狭缝板换成双狭缝板外，其余均与实验一相同。实验目的本实验是为了验证激光通过双缝所产生的衍射及干涉图像，并证明干涉中的最大值的位置与理论预测的一致。实验原理如图2.1，当激光通过双缝时，从两个狭缝产生的两束光相叠加而产生干涉图形。图2.1干涉极大值（明纹）对应的位置满足：图2.2dSin=m (m=0,1,2,3)其中d称为缝宽，又因为较小，因而有：sintg=y/D故d=mD（m=0，1，2，3） Y注意到：双缝除干涉外，每一单缝又产生衍射，如图2.2所示，当满足一定的条件时，会看到干涉的包络图形中产生衍射条纹。实验内容 1手动测量（1） 如图2.3安装好仪器，将双缝板置于激光前3

13、cm处。 （2） 将自纸（或坐标纸）图2.36贴在光屏上，并放在光具座导轨的另一端。（3） 选择狭缝宽为0.04mm的双缝，且狭缝的中心相距d为0.25mm，并调整到狭缝固定架的中央，调节激光的位置，使光束正射到双狭缝的中央之上。（4） 测出双缝到光屏之间的距离（双缝板位置实际是编离双缝架固定架的中心位置）在自纸上标出光的干涉条纹的极大值所处的位置，据此测出第1级，第2级对应的位置。（5） 数据记录表格如下：两边对应级的距离单边暗纹到中心的距离算出单缝宽度a误差E（6） 描出干涉图形。（7） 将狭缝调到宽为0.04mm而缝距为0.5mm的双缝，再做上述实验。（8） 再将狭缝调到宽为0.08mm

14、，而缝距为0.25mm的双缝，再做上述实验。 第一级(m=1) 第二级(m=2) =6700A o2电脑自动测量：所有操作与实验1相同，得如图2.4和图2.5的记录图2.4 双缝干涉图样注意事项因多缝板上有多组双狭缝，在选择时，应尽量只让光束照亮一组狭缝，不然将直接影响实验的精确测量。其它与实验1相同。问题1 当双缝距离d增加时，极大值之间的距离是变大，变小还是不变？2 狭缝的宽度增大时，极大值之间的距离是变大，变小还是不变？3 当d变大时，在包络中的衍射暗纹的距离是变大，变小还是不变？74 当狭缝的宽度增大时，在包络中的衍射暗纹之间的距离是变大，变小还是不变？图2.5 单缝衍射的包络图受到双

15、缝干涉图的调制8实验3 衍射及干涉图形的比较引言事实上，光的衍射及干涉现象从本质上是一样，均是粒子的波粒二象性的反映，只是在宏观表现上加上区别对待。实验仪器与实验1、2完全相同实验目的本实验是比较激光通过各种缝所产生的衍射及干涉图形。实验原理如图3.1的衍射现象有激光通过单狭缝产生的第m极小值对应的位置满足如下的关系：asin=m(m=1,2,3L)图3.1如图3.2对于干涉现象有：双狭缝产生的第m级极大值的位置满足 图3.2dsin=m(m=1,2,3L)除双缝干涉外，还存在衍射现象，因此满足一定的条件时，会看到清晰的衍射包络线（虚线），受干涉图形（实线）的调制。实验内容1 如实验1、实验2所示的安装图，安装好的仪器，将单缝置于激光前3cm处。2 将单缝/双缝对比组件放在狭缝固定架上，调节激光使单缝及双缝同时照亮，从单缝及双缝上现的衍射及干涉图像应该是相互垂直的，且呈现到以屏的中心中为对称分布。3 如用手工测绘，则将自纸盖在光屏时，描出衍射及干涉草图再施转到下一组比较的双狭缝组（d不同，缝宽a不变），再描出光斑图样。 94 再比较另一组，（此时d不变，a变化）再描出光斑的图案。5 观察并记录单狭缝上的小圆点，小洞眼的衍射图。6 用计算机自动分析衍射/干涉图。因为衍射/干涉比较图是互相垂直的，而计算机只能记录到水平的图