物理实验报告5测量单缝衍射的光强分布

实验名称：丈量单缝衍射的光强散布实验目的：a．察看单缝衍射现象及其特色；b．丈量单缝衍射的光强散布；c．应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；实验仪器：导轨、激光电源、激光器、单缝二维调理架、小孔屏、一维光强丈量装置、WJH型数字式检流计。实验原理和方法：光在流传过程中碰到阻碍物时将绕过阻碍物，改变光的直线流传，称为光的衍射。当阻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，就能察看到显然的光的衍射现象，亦即光芒偏离直线行程的现象。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。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以下列图所示。理论上能够证明只需知足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射地区：a2a2或L88L式中：a为狭缝宽度；L为狭缝与屏之间的距离；为入射光的波长。能够对L的取值范围进行估量：实验时，若取a1104m，入射光是HeNe激光，其波长为，a21.6cm2cm，因此只需取L20cm，便可知足夫琅和费衍射的远场条件。但实考证明，取L50cm，结果较为理想。依据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强散布规律：(sinu/u)2I0式中：u(asin)/暗纹条件：由上式知，暗条纹即I0出此刻u(asin)/，2，即暗纹条件为asink，k1，k2，明纹条件：求I为极值的各处，即可得出明纹条件。令d(sin2u/u2)0duutanu推得此为超越函数，同图解法求得：u0，1.43，2.46，3.47，即asin0，1.43，2.46，3.47，可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件asin(2k1)/2，k1，2，3，不过近似正确的。单缝衍射的相对光强散布曲线以下列图所示，图中各级极大的地点和相应的光强以下：sin01.43/a2.46/a3.47/aII00.047I00.017I0.0.018I0应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽由暗纹条件：asink并由图有：XkLtank因为很小，因此XkLkkL/a令bXk1XkL/a（b为两相邻暗纹间距），则aL/b（或aL/X1，X1为中央明纹半宽度）因而可知，条纹间距b正比于L和，反比于缝宽a。由实验曲线测出b（取均匀值），即可算出缝宽a。实考证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花式和相同宽度的单缝衍射花式是相同的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d取代，便可完整应用以上的理论和公式。实验内容和步骤：实验主要内容是察看单缝衍射现象，丈量单缝衍射的光强散布，并计算出缝宽a。实验顶用硅光电池作光强I光电池的光电流i与光照强度I

的丈量器件。硅光电池能直接变成电能，在必定的光照范围内，成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。它是采纳低漂移运算放大器、模/数变换器和发光数码管将光电流a进行办理，从而将光强I以数字显示出来。a．按下列图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平；b．激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强丈量装置之间的距离均置为50cm左右，加上本实验采纳的是方向性很好，发散角1103~1105rad的HeNe激光作为光源，这样可知足夫琅和费衍射的远场条件，进而可省去单缝前后的透镜L1和L2。；c．点亮HeNe激光器，使激光垂直照耀于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是：察看时不要正对电源，免得灼伤眼睛。d．将WJH接上电源开机预热15min，将量程选择开关置I档，衰减旋钮置校准为止（顺时针旋究竟，即敏捷度最高）。调理调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪耀）。此后在丈量过程中假如数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调高一档。假如数字显示小于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.将小孔屏置于光强丈量装置以前，调二维调理架，选择所需的单缝缝宽

a，察看小孔屏上的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面察看在调理过程中小孔屏上的各样现象和变化规律，另一方面调理各元件，使小孔屏上的衍射图像清楚、对称、条纹间距适合，以便丈量。这一步是丈量成效能否理想的重点。移去小孔屏，调整一维光强丈量装置，使光电探头中心与激光束高度一致，挪动方向与激光束垂直，开端地点适合。关掉激光电源，记下本底读数（即初读数）再翻开激光电源，开始丈量。为除去空程，减小偏差，应转着手轮使光电探头单方向挪动，即沿衍射图像的睁开方向（X轴方向），从左向右或从右向左，每次挪动0.200mm，单向、逐点记下衍射图像的地点坐标X和相应的光强。在座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）描述出来。就得单缝衍射的光强散布图。若以光强最大值I0除各数值，也可得出单缝衍射的相对光强散布图。i.测出狭缝到硅光电池的距离L，并从光强散布图上测出b（多测几个，取均匀值）或X1，算出狭缝缝宽a。j.用读数显微镜直接测出缝宽，测5次，取均匀值，与衍射丈量结果比较，求相对偏差。参数及数据记录：见附表数据办理：650nm6.50107m16.200mm12.800mmmm3m中央明纹半宽度为：X121.7001.710则：aL/X10.5m6.50107m1.91104m1.7103m思虑题：1．当缝宽增添一倍时，衍射花式的光强和条纹宽度将会如何改变如缝宽减半，又如何改变答：由aL/b可知，当a增添一倍时，L、保持不变，b变成本来的1/2，光强增添，条纹变细。当a减半时，b变成本来的两倍，光强减弱，条纹变宽。2．激光输出的光强若有改动，对单缝衍射图像和光强散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，光强散布曲线变