实验报告-光衍射相对光强分布

大学物理实验报告上海交通大学2/5上海交通大学1/5实验报告姓 名：张少典 班 级：F0703028 学 号：5070309061实验成绩：同组姓名：林咏 实验日期：2008/03/10 指导老师： 批阅日期：光衍射相对光强分布的测量【实验目的】1．掌握在光学平台上组装、调整光的衍射实验光路；2．观察不同衍射元件产生的衍射，归纳总结单缝衍射现象的规律和特点；3．学习利用光电元件测量相对光强的实验方法，研究单缝和双峰衍射中相对光强的分布规律；4．学习微机自动控制测衍射光强分布谱和相关参数。【实验原理】1．衍射光强分布谱由惠更斯——菲涅耳原理可知，单缝衍射的光强分布公式为 , 当j=0时，Ij=I0这是平行于光轴的光线会聚处——中央亮条纹中心点的光强，是衍射图像中光强的极大值，称为中央主极大。当asinj=kl，k=±1，±2，±3，…… 则u=kπ,Ij=0,即为暗条纹。与此衍射角对应的位置为暗条纹的中心。实际上j角很小，因此上式可改写成 由图1也可看出，k级暗条纹对应的衍射角故 由以上讨论可知（1）中央亮条纹的宽度被k=±1的两暗条纹的衍射角所确定，即中央亮条纹的角宽度为。（2）衍射角j与缝宽a成反比，缝加宽时，衍射角减小，各级条纹向中央收缩；当缝宽a足够大时（a>>l）。衍射现象就不显著，以致可略去不计，从而可将光看成是沿直线传播的。（3）对应任意两相邻暗条纹，其衍射光线的夹角为，即暗条纹是以点P0为中心、等间隔、左右对称地分布的。（4）位于两相邻暗条纹之间的是各级亮条纹，它们的宽度是中央亮条纹宽度的1/2。这些亮条纹的光强最大值称为次极大。用衍射角表示这些次极大的位置分别为 (7)与它们相应的相对光强度分别为 (8)【实验数据记录、结果计算】数据记录1、激光波长：λ=632.8nm2、单缝到接收器之间的距离：L=723.7mm3、用读数显微镜读取狭缝的宽度:读取三组数据：初刻度(mm)末刻度(mm)狭缝宽度(mm)0.7480.6490.0990.4360.2990.1370.5660.4360.130狭缝宽度取平均值为：0.122mm4、主极大位置：98.00mm，主极大光强：1161.85、次极大位置和相对光强值：K（级数）-2-1+1+2位置(mm)61.0077.50120.50137.50相对强度164.6191.3189.8164.66、暗条纹的位置及强度：K（级数）-2-1+1+2位置(mm)68.5083.50114.00131.00相对强度149.3149.2150.4149.2平均相对强度：149.5数据处理与结果比较1、中央极大的角宽度：由波长和缝宽计算：△φ1=2λa由暗条纹位置计算：△φ2=x+1-2、计算暗条纹位置并与测量值对比：K（级数）-2-1+1+2计算位置(mm)90.4994.25101.75105.51测量位置(mm)68.5083.50114.00131.003、计算次极大位置和光强并与测量值对比：K（级数）-2-1+1+2计算位置(mm)88.7692.63103.37107.23测量位置(mm)61.0077.50120.50137.50计算相对轻度19.754.854.819.7测量相对强度164.6191.3189.8164.6修正后测量值15.342.139.415.4其中，上述“修正后测量值”是用测量的相对强队减去与其临近的暗条纹相对强度，以在一定程度上消除系统误差和外界灯光的影响。结果分析由实验数据的对比可以发现，中央极大角宽度、暗条纹位置、次极大位置的计算值均和测量值有较大误差。经仔细分析原因，排除L的测量和光波长数据出现较大偏差的可能后，基本可以锁定为缝宽测量出现问题。测量缝宽时在方法上没有出现大的问题，读数也没有问题。但问题出在测出的缝宽到底是不是就是光波实际通过的缝宽？因此，回忆到实验时激光照射在临近单缝底部（而我测量的是单缝中间周围的宽度），以及在测量缝宽时发现各处缝宽相差较大的事实（当然我并没有想到各处会相差这么大，于是忽视了这一影响），可以认定，出现较大误差的原因正在于此。进一步验证，由中央主极大的两个值发现，二者相差4倍，也就是说激光实际通过的缝宽约为测量值的四分之一，不妨暂取为0.030，再代入计算暗条纹位置，得到以下修正值：K（级数）-2-1+1+2修正计算位置(mm)67.9682.98113.02128.04测量位置(mm)68.5083.50114.00131.00可见，修正后的计算值与实际测量值高度接近，基本在允许的误差范围内。代入计算次极大光强位置亦与测量位置接近。因而确证了我对于测量失误的猜想，确实是因为测量的缝宽和激光实际通过的缝宽差了4倍左右。正是这一极小的细节导致了最后的偏差。可见，物理实验，尤其是以需要极其精密的光学实验“差之毫厘，谬以千里”。希望以后有机会能够亲自实验验证这一误差猜想。【问题思考与讨论】1、硅光电池前的接受狭缝的宽度，对实验结果有何影响？实验时，你是如何确定他的宽度的？缝宽如果过小，会使得衍射图样接受不完全，影响衍射图样的亮度。而且如果接收器的位置发生了上下的偏差，过窄的缝宽会使得这一误差无法被更正和调节，而使得仪器失去作用。 缝宽如果过大，会使得外界灯光、阳光等的影响加大，从而影响测量。 将狭缝关闭即可用激光测定其宽度。2、激光输出的光强如有变动，对单缝衍射图像的光强分布曲线有无影响？具体地说有什么影响？ 如果在一次扫描的过程中光强有变动，会对单缝衍射图像的光强分布发生影响，使其偏离对称、峰值偏大或偏小，中央主极大的光强偏大或偏小，但不会影响各主极大、暗条纹的位置。 如果在一次扫描的过程中光强没有变动，但是两次扫描的光强有了变动，只会使两次的峰值不一样，但是不会影响两次的光强分布曲线。3、如果单缝放置与水平面不垂直，对最终的图像有什么影响？ 会使得图像倾斜，不再水平，但图样无变化。在扫描图像的时候，会使得图像似乎被左右“压缩”了，但不会影响图像的对称性