实验四十二衍射法测量微小长度

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1、实验四十二衍射法测量微小长度【实验目的】1.学会用衍射法测量微小长度—单缝的宽度。2.观察与分析单缝的夫琅和费衍射，加深对光的衍射理论的理解。3.测绘单缝衍射光强分布曲线。【实验仪器】光具座，激光器，可调单缝，硅光电池（装在读数显微镜筒旁边），凸透镜（两个，已知焦距）光点检流计，米尺，电阻箱，双刀双掷开关，白屏。【实验原理】夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏都是无限远，实验中如图42-1所示的装置能实现这个要求。由惠更斯—菲涅耳原理可知，沿垂直于单缝方向上的光强分布规律为：（42-1）其中：是衍射角；是衍射角为方向上的光强；是中央方向（）的最大

2、光强；为单缝的宽度；是入射单色光的波长。当时，，为中央明条纹中心点的光强，称为中央主极大。当，则，为次级极大。当，则，此时，即出现暗条纹。由于角很小，故可近似地写成：（42-2）当透镜与观察屏间距为，对应的衍射角的级暗条纹到中央明条纹中心点的间距为，则：故单缝的宽度为：（42-3）（42-4）由上面几式可以看出：（1）对同一级暗条纹（相同），衍射角与狭缝宽度成反比，狭缝越窄，衍射角越大，衍射效果越显著。狭缝越宽，衍射角越小，条纹越密，当狭缝足够宽（）时，，衍射现象不显著，这样可将光看作是直线传播。（2）中央明条纹的宽度，由级的两条暗条纹的衍射

3、角所确定。则中央明条纹的宽度为。而任意相邻两暗条纹之间角为，近似相等，则：（42-5）（3）根据计算可知，两相邻暗条纹之间是各级次极大，以衍射角表示对应各级次极大的位置，则有：，，，···它们相对应的相对光强为：，0.017，0.008，0.005，…。图42-2为单狭缝的夫琅和费衍射相对光强分布图。【实验内容】1.观察单缝衍射现象（1）调节激光器光束与光具座导轨平行。（2）按夫琅和费衍射条件，布置单狭缝和光屏，使它们与激光光束垂直。（3）改变单狭缝的宽度，观察衍射的变化规律，调节出最佳待测衍射图像。2.测量单狭缝衍射的光强分布（1）移去光屏

4、，换上硅光电池，使衍射光中央主极大照射在光电池上。调节单狭缝宽度和光电池进光的狭缝，使检流计光斑偏转接近满刻度。（2）沿轴方向平移光电池，以较小的间隔，逐点测定衍射光的相对光强和对应的位置。衍射光强的极大值和极小值所对应的位置和，应精心仔细测量。（3）测量单狭缝到光电池的距离。（4）利用公式（42-4）计算单狭缝的宽度。取不同级数的测量数据进行计算，取其平均值（激光光波的波长为632.8）。（5）以相对光强为纵坐标，以其对应的位置为横坐标，作单狭缝衍射的光强分布曲线图。3.用单缝衍射仪测量单狭缝的宽度（1）调节好光路，从测微目镜（或读数显微镜

5、）中观察到最佳衍射图像。在中央明条纹两侧各有5条以上的次明纹。（2）测出级至级各暗条纹位置，并将所记录的数值填入表42-1中。（3）计算：平均间距=。（4）测出单狭缝到测微目镜之间的距离，=（125+读数值+2.5）。（5）按公式（42-5）计算狭缝宽度。（6）计算狭缝宽度的标准偏差。表42-1数据记录表单位：左侧右侧平均狭缝宽（）平均值【思考题】1.在单缝衍射实验中，如果用低压汞灯代替钠灯实验，将看到什么现象？如在汞灯前加放绿色玻璃片，衍射图像与钠灯的衍射图像有什么不同？为什么？2.用该实验方法是否可以测量细丝的直径？其原理和方法是否与单缝

6、的宽度测量相同？3.如何正确测定狭缝到测微目镜的距离？4.观察细丝、圆孔、矩形孔的衍射现象（自选）。