研究光的衍射及其現(xiàn)象,觀察泊松亮斑實(shí)驗(yàn)報(bào)告

第1頁2010—2011學(xué)年度上學(xué)期物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心研究報(bào)告學(xué)院專業(yè)班學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)間年月日實(shí)驗(yàn)名稱研究光的衍射及其現(xiàn)象，觀察泊松亮斑一、實(shí)驗(yàn)的研究現(xiàn)狀及主要參考文獻(xiàn)研究現(xiàn)狀：光波遇到障礙物以后會(huì)或多或少地偏離幾何光學(xué)傳播定律的現(xiàn)象。幾何光學(xué)表明，光在均勻媒質(zhì)中按直線定律傳播，光在兩種媒質(zhì)的分界面按反射定律和折射定律傳播。但是，光是一種電磁波，當(dāng)一束光通過有孔的屏障以后，其強(qiáng)度可以波及到按直線傳播定律所劃定的幾何陰影區(qū)內(nèi)，也使得幾何照明區(qū)內(nèi)出現(xiàn)某些暗斑或暗紋?？傊苌湫?yīng)使得障礙物后空間的光強(qiáng)分布既區(qū)別于幾何光學(xué)給出的光強(qiáng)分布，又區(qū)別于光波自由傳播時(shí)的光強(qiáng)分布，衍射光強(qiáng)有了一種重新分布。衍射使得一切幾何影界失去了明銳的邊緣。意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家F.M.格里馬爾迪在17世紀(jì)首先精確地描述了光的衍射現(xiàn)象，150年以后，法國物理學(xué)家A.-J.菲涅耳于19世紀(jì)最早闡明了這一現(xiàn)象。光的衍射現(xiàn)象的觀察和特點(diǎn)衍射是一切波所共有的傳播行為。日常生活中聲波的衍射、水波的衍射、廣播段無線電波的衍射是隨時(shí)隨地發(fā)生的，易為人覺察。但是，光的衍射現(xiàn)象卻不易為人們所覺察，這是因?yàn)榭梢姽獾牟ㄩL很短，以及普通光源是非相干的面光源。當(dāng)用一束強(qiáng)光照明小孔、圓屏、狹縫、細(xì)絲、刀口、直邊等障礙物時(shí)，在足夠遠(yuǎn)的屏幕上會(huì)出現(xiàn)一幅幅不同的衍射圖樣。在實(shí)驗(yàn)室中，過去用碳弧燈這類強(qiáng)點(diǎn)光源，而目前廣泛采用氦氖激光器作光源來顯示衍射現(xiàn)象，收到了良好的效果。衍射現(xiàn)象具有兩個(gè)鮮明的特點(diǎn)：①光束在衍射屏上的某一方位受到限制，則遠(yuǎn)處屏幕上的衍射強(qiáng)度就沿該方向擴(kuò)展開來。②若光孔線度越小，光束受限制得越厲害，則衍射范圍越加彌漫。理論上表明光孔橫向線度ρ與衍射發(fā)散角Δθ之間存在反比關(guān)系參考文獻(xiàn)：[1]《大學(xué)物理學(xué)》（教程）[2]《發(fā)明與創(chuàng)新（綜合科技）》[3]《激光的衍射及熱作用的計(jì)算》[4]百度文庫二、實(shí)驗(yàn)需要的主要儀器設(shè)備和材料光學(xué)平臺(tái)及其附件、激光器、狹縫、光屏、硬質(zhì)黑紙片(圓形）、大頭針、光柵、鋼球（大小不同的若干個(gè)）、注射器、帶有鐵絲環(huán)的塑料瓶、自來水（里面加少許雜質(zhì)）。三、實(shí)驗(yàn)的研究目的1、觀察單縫衍射、圓孔衍射以及泊松亮斑的現(xiàn)象，了解其特點(diǎn)。2、進(jìn)一步觀察光的衍射的各種情形，從而更加深刻地了解并理解光的衍射。3、學(xué)會(huì)用不同的方法研究出同一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。四、實(shí)驗(yàn)的研究內(nèi)容1、研究光通過單縫時(shí)的衍射現(xiàn)象。2、研究光通過一個(gè)單縫（橫放）和一個(gè)單縫（豎放）時(shí)的衍射現(xiàn)象。3、研究光通過光柵時(shí)的現(xiàn)象（正交光柵，網(wǎng)格光柵，透射光柵）。4、研究圓孔衍射的現(xiàn)象。5、研究針作遮擋物時(shí)的衍射現(xiàn)象。6、研究小鋼球作遮擋物時(shí)的衍射現(xiàn)象。7、探究泊松亮斑現(xiàn)象。四、實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)光的衍射現(xiàn)象進(jìn)行研究，然后進(jìn)行總合，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這樣可以使我們更加清楚地明白光的衍射現(xiàn)象，更加透徹地學(xué)習(xí)光的衍射現(xiàn)象，也使研究的問題更加簡潔、清晰。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等）1、單縫衍射縫越小，衍射現(xiàn)象越明顯，光斑之間的距離越大，若縫的間距小到一定程度進(jìn)而遮住光源時(shí)，衍射現(xiàn)象消失；隨著縫的增大，光斑之間的距離越小，逐漸匯成一點(diǎn)，衍射現(xiàn)象消失。2、兩個(gè)單縫（雙縫等寬）在水平方向和豎直方向上均出現(xiàn)衍射現(xiàn)象，中央明紋為正方形，現(xiàn)象同一個(gè)正交光柵。3、透射光柵光通過透射光柵，正交光柵，網(wǎng)格光柵均出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。兩個(gè)透射光柵放在一起如同一個(gè)正交光柵。正交光柵的明紋間距大于網(wǎng)格光柵的明紋間距。4、圓孔衍射光通過不同的小圓孔，當(dāng)孔越小，衍射現(xiàn)象越明顯，中間的圓盤越大；當(dāng)孔過大時(shí)，光就直接從孔中透過，無衍射現(xiàn)象。5、針當(dāng)遮擋物針越細(xì)，衍射效果越明顯，隨著針的粗度的增加，衍射條紋的紋間距逐漸減小。6、小鋼球作遮擋物普通的小鋼球做遮擋物時(shí)，光不能從其中透過，實(shí)驗(yàn)中光通過的幾個(gè)小鋼球都不能從其透過。故可知，光的波長小于這些小鋼球的波長。7、泊松亮斑利用水滴作為放大鏡，利用水中的雜質(zhì)及微生物做遮擋物，觀察到衍射現(xiàn)象，中間的圓斑為亮的，周圍出現(xiàn)明暗相間的圓形條紋。圓形的泊松亮斑發(fā)生無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，也說明了布朗運(yùn)動(dòng)，即液體分子總是不停的在作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。8、圓孔衍射與泊松亮斑的區(qū)別與相似點(diǎn)相似點(diǎn)：現(xiàn)象近似相同，亮度幾乎相同。不同點(diǎn)：1、圓孔衍射圖樣中間為黑的，泊松亮斑的中間為亮的。2、圓孔衍射為光從小圓孔中通過時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象，泊松亮斑則為光從不透明的遮光物體透過時(shí)發(fā)生的衍射現(xiàn)象。指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師：