大学物理光学实验(部分).doc

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1、大学物理光学实验（部分）单缝衍射一、实验目的1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点；2.测量单缝衍射的相对光强分布。二、实验仪器激光器、单缝、检流计、硅光电池等三、实验原理照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n级亮条纹。暗条纹依次是1级、2级…..n级。设光轴上的光强为屏上与光轴夹角为的一处光强为（1）1.当时，；称为主极大或零级亮条纹。2.当，即时，，出现暗条纹。暗条纹在的方向上。主极大两侧暗条纹之间

2、的夹角，其余暗条纹间的间距为。3.其他亮条纹的位置：可得：即：亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍………4.总结：-2-1.43-01.4320-0.047000.0470一、实验内容和步骤1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处D>>a.3.观察单缝衍射现象（1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观察衍射图像的变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。（2）调节缝宽，观察缝宽与衍射角的

3、关系，注意其规律性。（3）观察狭缝大小与亮条纹的宽度、亮度（光强）清晰度的关系。（4）改变屏到狭缝的距离D，重复上述情况的观察，记下变化的规律。4.测量单缝衍射图像的光强分布（1）调节缝宽，屏上出现清晰的衍射图像。由光电池代替观察屏，光强计由检流计（或毫伏表）的读数表示。（2）将光电池沿衍射图像展开的方向从做到右（或反向）以一定的间隔（间隔大小以能在一条纹上多读几个数值为准，光强逐点测量。）要对光电池前的光栏宽度适当调整。如：确定中心零点，然后向外以0.5mm为间距测量。（3）.改变单缝宽度，其他条件不变，按步骤

4、（2）再测一组数据。（4）.将所测光电流数据归一化、即将所测数据对最大值（中央主极大值）取相对比值,作曲线，即得到单缝衍射的相对光强分布曲线（共2条）。（5）.从曲线上得到光强极小值（暗纹）的位置，测出单缝到光电池的距离D，便可以算出衍射角，并与理论值比较。利用第一级暗纹的衍射角和已知波长求出狭缝宽度。（6）由光强分布曲线确定光强次极大的位置和相对光强，并与公式（3）、（4）比较。（7）对比和分析所测的两条相对光强分布曲线。总结出单缝衍射图像的规律和特点。一、注意事项1.使用可调滑块。2.开始处于闭合状态。3.以

5、中心最亮条纹处开始，结合调整狭缝宽度，调节电表的量程和示数的大小。4.在改变量程时，要注意表随时校零。5.滑块调整所限，可以从中心向一侧测量。6.测量时，可用等间距测量；也可以采用峰值测量。测量单缝衍射的光强分布实验目的：a．观察单缝衍射现象及其特点；b．测量单缝衍射的光强分布；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、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WJH型数字式检流计。实验原理和方法：光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与

6、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，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。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如下图所示。a.理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：或式中：a为狭缝宽度；L为狭缝与屏之间的距离；为入射光的波长。可以对L的取值范围进行估算：实验时，若取，入射光是激光，其波长为632.80nm，，所以

7、只要取，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验证明，取，结果较为理想。b.根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：式中：暗纹条件：由上式知，暗条纹即出现在，，…即暗纹条件为，，，…明纹条件：求为极值的各处，即可得出明纹条件。令推得此为超越函数，同图解法求得：，，，，…即，，，，…可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件，，2，3，…只是近似准确的。单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下：0c.应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽由暗纹条件：并由图有：由于很小，所以令（b为两

8、相邻暗纹间距），则（或，为中央明纹半宽度）由此可见，条纹间距b正比于L和，反比于缝宽a。由实验曲线测出b（取平均值），即可算出缝宽a。d.实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替，就可完全应用以上的理论和公式。实验内容和步骤：实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光