單縫衍射的光強(qiáng)分布(完全版空白編輯版真實實驗數(shù)據(jù))

1、得分教師簽名批改日期實驗地點科技樓 90大學(xué)實驗課程名稱:大學(xué)物理實驗（一）實驗名稱:單縫衍射的光強(qiáng)分布學(xué)院:專業(yè):班級:組號:指導(dǎo)教師;報告人:學(xué)號:實驗時間:年 月 日星期實驗報告提交時間:、實驗?zāi)康?.觀察單縫衍射現(xiàn)象及其特點;2.測量單縫衍射的光強(qiáng)分布;3 .用單縫衍射的規(guī)律計算單縫縫寬;二、實驗原理:光在傳播過程中遇到障礙物時將繞過障礙物，改變光的直線傳播，稱為光的衍射。當(dāng)障礙物的大小 與光的波長大得不多時，如狹縫、小孔、小圓屏、毛發(fā)、細(xì)針、金屬絲等，就能觀察到明顯的光的 衍射現(xiàn)象，亦即光線偏離直線路程的現(xiàn)象。光的衍射分為夫瑯和費衍射與費涅耳衍射，亦稱為遠(yuǎn)場 衍射與近場衍射。本實驗只

2、研究夫瑯和費衍射。理想的夫瑯和費衍射，其入射光束和衍射光束均是 平行光。單縫的夫瑯和費衍射光路圖如下圖所示。2 a "8a. 理論上可以證明只要滿足以下條件，單縫衍射就處于夫瑯和費衍射區(qū)域:2或L8L式中：a為狹縫寬度；L為狹縫與屏之間的距離;為入射光的波長?？梢詫的取值范圍進(jìn)行估算：實驗時，若取a 1 10 4m，入射光是He Ne激光，其波2a長為632.80nm , 1.6cm 2cm，所以只要取L 20cm，就可滿足夫瑯和費衍射的遠(yuǎn)場條件。但實驗證明，取 L 50cm,結(jié)果較為理想。b. 根據(jù)惠更斯-費涅耳原理，可導(dǎo)出單縫衍射的相對光強(qiáng)分布規(guī)律:(sin u/u)2式中:u

3、 ( asin)/暗紋條件:由上式知，暗條紋即I 0出現(xiàn)在asin )/即暗紋條件為明紋條件：求I為極值的各處,asi n即可得出明紋條件。令1,2，d 22(sin u/u ) du推得u tanu此為超越函數(shù),同圖解法求得:0,1.43 ,2.46 ,3.47 ，asi n1.43 ,2.463.47 ，可見，用菲涅耳波帶法求出的明紋條件a sin (2k1)/2 , k 1 , 2 , 3，只是近似準(zhǔn)確的。單縫衍射的相對光強(qiáng)分布曲線如下圖所示,圖中各級極大的位置和相應(yīng)的光強(qiáng)如下:sin1.43 /a2.46 /a3.47 /a0.047100.017I0 0.018I0射的相対光強(qiáng)廿帝曲

4、扯I 0c. 應(yīng)用單縫衍射的公式計算單縫縫寬由暗紋條件：a sink并由圖有：Xk Ltan k由于很小，所以Xk L k kL /a令b Xk 1 Xk L /a （ b為兩相鄰暗紋間距），則a L /b （或a L /X1， X1為中央明紋半寬度）由此可見，條紋間距 b正比于L和，反比于縫寬a。由實驗曲線測出 b （取平均值），即可 算出縫寬a。d. 實驗證明，若將單縫衍射的光路圖中的單縫換成金屬細(xì)絲，屏上夫瑯和費花樣和同樣寬度的單縫衍射花樣是一樣的，故只需將單縫寬度a用金屬細(xì)絲直徑 d代替，就可完全應(yīng)用以上的理論和 公式。WJH型數(shù)字式檢流計。三、實驗儀器:導(dǎo)軌、激光電源、激光器、單縫二

5、維調(diào)節(jié)架、小孔屏、一維光強(qiáng)測量裝置、四、實驗內(nèi)容和步驟:1.實驗主要內(nèi)容是觀察單縫衍射現(xiàn)象，測量單縫衍射的光強(qiáng)分布，并計算出縫寬實驗中用硅光電池作光強(qiáng)I的測量器件。硅光電池能直接變?yōu)殡娔?，在一定的光照范圍?nèi)，光電池的光電流i與光照強(qiáng)度I成正比。本實驗用的是 WJH型數(shù)字式檢流計，以數(shù)字顯示來檢測光 電流。它是采用低漂移運(yùn)算放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和發(fā)光數(shù)碼管將光電流 a進(jìn)行處理，從而將光強(qiáng)I以數(shù)字顯示出來。a .按下圖接好實驗儀器，先目測粗調(diào)，使各光學(xué)元件同軸等高，要注意將激光器調(diào)平;測I崔單SI衍附的一建覺a另布裝團(tuán)一申軟壬2歳壯世滸；*潢弋器;4羣強(qiáng)一堆斶架；5小fjff;<r= 舞吃s

6、® W袋W r一軌陽熨#:孑：£檢曲1 -b .激光器與單縫之間的距離以及單縫與一維光強(qiáng)測量裝置之間的距離均置為50cm左右，加35上本實驗采用的是方向性很好，發(fā)散角1 10 3 1 10 5rad的He Ne激光作為光源，這樣可滿足夫瑯和費衍射的遠(yuǎn)場條件，從而可省去單縫前后的透鏡Li 和 L2。；C.點亮He Ne激光器，使激光垂直照射于單縫的刀口上，利用小孔屏調(diào)好光路，須特別注意的是：觀察時不要正對電源，以免灼傷眼睛。d .將WJH接上電源開機(jī)預(yù)熱 15min，將量程選擇開關(guān)置 I檔，衰減旋鈕置校準(zhǔn)為止（順時針旋到底，即靈敏度最高）。調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使數(shù)據(jù)顯示器顯示“-0

7、00 ”（負(fù)號閃爍）。以后在測量過程中如果數(shù)碼管顯示“ 999 ”，此為超量程知識，可將量程調(diào)高一檔。如果數(shù)字顯示小于190 ,且小數(shù)點不在第一位時，可將量程減少一檔，以充分利用儀器分辨率。a，觀察小孔屏上e. 將小孔屏置于光強(qiáng)測量裝置之前，調(diào)二維調(diào)節(jié)架，選擇所需的單縫縫寬的衍射花紋，使它由寬變窄及由窄變寬重復(fù)幾次，一方面觀察在調(diào)節(jié)過程中小孔屏上的各種現(xiàn)象和 變化規(guī)律，另一方面調(diào)節(jié)各元件，使小孔屏上的衍射圖像清晰、對稱、條紋間距適當(dāng)，以便測量。這一步是測量效果是否理想的關(guān)鍵。f. 移去小孔屏，調(diào)整一維光強(qiáng)測量裝置，使光電探頭中心與激光束高度一致，移動方向與激光束垂直，起始位置適當(dāng)。g. 關(guān)掉激

8、光電源，記下本底讀數(shù)（即初讀數(shù)）再打開激光電源，開始測量。為消除空程，減X軸方向），從左向右或小誤差，應(yīng)轉(zhuǎn)動手輪使光電探頭單方向移動，即沿衍射圖像的展開方向（從右向左，每次移動 0.200mm ，單向、逐點記下衍射圖像的位置坐標(biāo)X和相應(yīng)的光強(qiáng)。h. 在坐標(biāo)格子上以橫軸為距離，縱軸為光強(qiáng)，將記錄下來的數(shù)值（減去初讀數(shù)）描繪出來。就得單縫衍射的光強(qiáng)分布圖。若以光強(qiáng)最大值Io除各數(shù)值，也可得出單縫衍射的相對光強(qiáng)分布圖。i. 測出狹縫到硅光電池的距離L,并從光強(qiáng)分布圖上測出 b （多測幾個，取平均值）或 Xi，算出狹縫縫寬a。j. 用讀數(shù)顯微鏡直接測出縫寬，測 5次，取平均值，與衍射測量結(jié)果比較，求相

9、對誤差。五、數(shù)據(jù)記錄:組號:;姓名入=坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1六、數(shù)據(jù)處理:L 50cm 0.05cm0.5m650nm 6.50 10 7 m中央明紋半寬度為： Xi 16.200mm_12.800mm1.700mm1.7 10 3m1.7 10 3m則：a L /X10.5m 6.50 r0 7m 1.91 10 4m七、實驗結(jié)果與討論:八：問答題又怎1當(dāng)縫寬增加一倍時，衍射花樣的光強(qiáng)和條紋寬度將會怎樣改變？如果縫寬減半,樣改變?答：由a L /b可知，當(dāng)a增加一倍時,L、保持不變，b變?yōu)樵瓉淼?/2，光強(qiáng)增加，條紋變

10、細(xì)。當(dāng) a減半時，b變?yōu)樵瓉淼膬杀?，光?qiáng)減弱，條紋變寬。2激光輸出光強(qiáng)如有變動，對單縫衍射圖像和光強(qiáng)分布曲線有無影響？有何影響?答：激光輸出的光強(qiáng)增大時，衍射圖像明紋變亮，光強(qiáng)分布曲線變陡，當(dāng)輸出光強(qiáng)減 時，衍射圖像明紋變暗，光強(qiáng)分布曲線變平緩。3用實驗中的方法是否可測量細(xì)絲直徑？其原理和方法如何?證:光程差L2 2L2由于2極小，故舍去，得2L4即 a2/8L4本試驗中，入 =632.80mm，縫寬約為0.005cm,屏距L約為50cm試驗證是否滿足夫瑯和衍射條件:答：可以，把單縫換成要測量的金屬絲，屏上夫瑯和費衍射花樣和同樣寬度的單縫衍射花樣的一樣, 故只需將單縫寬度 a換成細(xì)絲直徑d，則

11、可計算出d。指導(dǎo)教師批閱意見:成績評定:預(yù)習(xí)（20分）操作及記錄（40 分）數(shù)據(jù)處理及思考題（40分）報告整體 印象總分?jǐn)?shù)據(jù)處理25分結(jié)果與討論5分思考題10分注：1、報告內(nèi)的項目或內(nèi)容設(shè)置，可根據(jù)實際情況加以調(diào)整和補(bǔ)充；2、 教師批改學(xué)生實驗報告時間應(yīng)在學(xué)生提交實驗報告時間后10日內(nèi);3、 教師可根據(jù)實驗報告整體情況酌情扣分（10分）。得分教師簽名批改日期實驗地點科技樓 90大學(xué)實驗課程名稱:大學(xué)物理實驗（一）實驗名稱:單縫衍射的光強(qiáng)分布學(xué)院:專業(yè):班級:組號:B7指導(dǎo)教師;報告人:學(xué)號:實驗時間：201日星期實驗報告提交時間:、實驗?zāi)康亩嶒炘?三、實驗儀器:四、實驗內(nèi)容和步驟:F h

12、/圈2 測I定單紐忖躬的一堆光井布髓*®】一涉軸;2蠢無電游；:'一芝器汽一即«二醴尿P架.5小屮一殲:fr= 舞北詡測W Fit;陽JH型»：齊貞榜盤;I .B7五、數(shù)據(jù)記錄:組號:入=坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1坐標(biāo)X(mm)相對強(qiáng)度1六、數(shù)據(jù)處理:七、實驗結(jié)果與討論:八：問答題1當(dāng)縫寬增加一倍時，衍射花樣的光強(qiáng)和條紋寬度將會怎樣改變？如果縫寬減半，又怎 樣改變?2激光輸出光強(qiáng)如有變動，對單縫衍射圖像和光強(qiáng)分布曲線有無影響？有何影響?3用實驗中的方法是否可測量細(xì)絲直徑？其原理和方法如何?4本試驗中，入=632

13、.80mm ,縫寬約為0.005cm,屏距L約為50cm試驗證是否滿足夫 瑯和衍射條件:指導(dǎo)教師批閱意見:成績評定:預(yù)習(xí)（20分）操作及記錄（40 分）數(shù)據(jù)處理及思考題（40分）報告整體 印象總分?jǐn)?shù)據(jù)處理25分結(jié)果與討論5分思考題10分注：1、報告內(nèi)的項目或內(nèi)容設(shè)置，可根據(jù)實際情況加以調(diào)整和補(bǔ)充；2、 教師批改學(xué)生實驗報告時間應(yīng)在學(xué)生提交實驗報告時間后10日內(nèi);3、 教師可根據(jù)實驗報告整體情況酌情扣分（10分）。五、數(shù)據(jù)記錄:組號： B72=6.5x10 7mm本底=0.05L=516.0-35.0=481.0mm單縫衍射的光強(qiáng)分布實驗數(shù)據(jù)表坐標(biāo)相對強(qiáng)坐標(biāo)相對強(qiáng)坐標(biāo)相對強(qiáng)坐標(biāo)相對強(qiáng)X(mm)度1X(mm)度1X(mm)度1X(mm)度1991.31.83989.51.13987.730.16985.930.2033991.11.88989.30.96987.530.14985.730.2033990.91.92989.10.86987.330.13985.530.2033990.71.83988.90.72987.130.12985.330.20