夫琅禾费研究性实验

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1、实验课题：夫琅禾费衍射实验的研究头验人：2008级物理班高永娇学号：080801010010指导老师：孙卫真实验时间：2010年9至11月一、实验目的1、利用Na光灯做夫琅禾费远场单缝衍射实验，观察实验现象（如果不能得到预期的实验结果，寻求行之有效的改进方法，并最终得到明显的实验现象）。2、掌握单缝衍射夫琅禾费衍射图样的特点及其规律。3、掌握其屮的二次成像法测缝宽，自准值法测凸透镜的焦距以及各类光学器材的使用方法。4、掌握在夫琅禾费试验中是否按照一般理论操作就能观察到实验现象，学会这种发现问题、解决问题和查阅资料的分析能力。二、仪器与用具光具组、Na光灯、可调宽度的狭缝、平面镜、凸透镜、接受

2、屏、显微目镜。三、实验原理光具有波粒二象性，光的衍射现象是光的波动性的一种表现，D当光在传播过程中遇到障碍物时，障碍物限制了光的传播，光就进入到几何阴影区，如果障碍物的尺寸和波长相当，就会发生明显的衍射现象。衍射可分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两类。菲涅耳衍射是近场衍射，夫琅禾费衍射是远场衍射，此次研究的实验为衍射中的夫琅禾费衍射。即为远场衍射。如图1所示，将单色光源放置在透镜L］的前焦面，经透镜后的光束成为平行光垂直照射在单缝AB上，按照惠更斯一菲涅耳原理，位于狭缝的波阵面上的每一个点都可以看成一个新的子波源，它们向各个方向发射球面子波，这些子波相叠加经透镜L2聚后，在L2的后焦面上形成明暗

3、和间的衍射条纹。缝平而透镜L观察屏图1S：单色线光源屈胡1:衍射角:缝宽单缝（设其缝宽为b）在平行单色Na光的垂直照射下产生夫琅禾费衍射，在透镜上可以看到如图2的分布，呈现中央宽，两边窄，明喑相间的衍射条纹。在接收屏上的明纹的光强强度呈现如左边的函数图象所示。如图3所示，图中一束衍射光的衍射角为0,光程差为川贝hA=B1D=bsin(3若bsin0=k2(k=±i>±2)屏上对应的x处光强为零，相邻的暗纹间为亮条纹。一般情况下0角很小，因此上式为：b0=说衍射暗纹的位置为：b以中央亮条纹为基准，往两边第m(m二k)级暗纹与第n(n=-k)级暗纹间的距离为:「(m+n)由此可得波长其中b为缝宽

4、(在本实验中，我们采用二次成像发测之)，久为所用Na光的波长。四、实验内容（一）实验的准备.操作和注意事项1、充分学习夫琅禾费单缝衍射实验的理论基础，明确其余菲涅耳衍射的区别于联系。2、根据夫琅禾费单缝衍射光路图，需找需要的实验器材，做好实验方案，确认实验方案的可行性，初步进行试验，在实践中优化实验方案（因为在前几次的实验中没有观察到实验预期耍出现的实验结果，在进行进一步的分析Z后，对光源和透镜等方面的修正Z后，才确定方案的可行）。3、确定实验方案可行之后，进行试验正式操作。4、先用子准值法测量所用透镜J和L2焦距，进行记录。5、将Na光光源先固定在光具组平台的一端，将缝1放在Na光灯前（注

5、：因为在优化方案的时候发现，一定要取用Na光灯中间最亮的部分，才能更好的观察到实验现象），取用Na光灯屮间最亮的部分作为实验用光源。6、用L］对狭缝出来的光进行扩束,缝1放在Li焦平面上，这样出来的光线为平行光，满足夫琅禾费衍射是远场衍射的条件。7、安装狭缝2,使扩展的光束射入可调宽度的狭缝2屮，在装上透镜b将夫琅禾费衍射图样呈现在接收屏上（这里的接受屏直接是人的眼睛，是通过显微目镜来观看的）。（二）观察夫琅禾费单缝衍射实验现象1、用眼睛直接观察显微目镜，起初没有观察到，需要调整透镜L2的位置与缝2的宽度，尽量使屏上的衍射条纹清晰可见。2、看到了清晰的干涉条纹后，在侧微冃镜上依次测量各级条纹

6、并记录下读数（在操作的过程中考虑的注意到了冋程误差）。3、将狭缝2换为圆孔，调圆孔和侧微目镜的位置，同样也看到了清晰的干涉同心圆明暗相间的条纹（在此次实验中，因为考虑了夫琅禾费圆孔衍射和单缝衍射的原理各项均有极大的相似之处，所以重点放在单缝衍射上）。五、实验数据记录用自准值法测得透镜J的焦距为：/；=19.5cm同理得透镜l2的焦距为：力=10.4cm用二次成像法测得缝宽:b=0.162mm、己录明暗条纹间间X为:kKKk=・4nmk=3nmK=-2nmnmK=lnmK=2nmK=3nmK=4nm西正2.9743.3523.7284.0924.8555.2265.6155.938西反3.30

7、53.3923.7384.0954.8655.2385.5955.941兀2正3.0153.4153.7124.0674.7885.1505.5355.948X2反3.0663.3893.8104.0934.8685.2455.6395.995六、数据处理°—兀）由公式£（科+防得（1）取£=±3级进行处理（正和反均取）。_0・162x(5・615-3・352)人_—10.4x10x(3+3)—=587-51