教案-单缝衍射.doc

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1、物理实验教案专业：物理教育专业课题：单缝衍射教材：普物实验教程1、掌握CCD单缝衍射仪的使用方法；2、观察单缝的夫琅和费衍射的现象，了解其特征和规律；3、掌握测量相对光强、衍射角、缝宽的方法实验器材：CCD单缝衍射仪、光强计、氦氖激光器、减光器或偏振片（两片）、组合光栅、光具座、单色显示器实验预习及要求部分：本实验的重点是如何用数据说明夫琅和费单缝衍射的理论结论，并应用结论去测量一些数据，如单缝宽度、单丝直径等。每人一台实验仪器，为让激光功率稳定，先让学生将激光器点燃半小时。对照单缝衍射仪实物认真复习以前学过的相关知识和预习本实验的内容，结合以下问题:1、衍射有哪些类别，各自的特点是什么2、

2、夫琅和费衍射理论的前提条件是什么，本实验能不能近似满足这些条件3、单缝衍射的光强分布是什么规律讲课思路：一上来直接给出夫琅和费衍射定理，给出结论，介绍这些结论在本实验中的具体应用；介绍实验装置及操作过程，提醒在实验中应注意操作的细节，对于数据的处理应按照教材上的规定仔细筛选，确保数据的准确度。夫琅和费衍射研究的是光源和观察屏到狭缝的距离都是无限远的情况，又称平行光衍射，本实验应用激光器及CCD单缝衍射仪即可归结为这种类型。（图在学生预习期间在黑板上画出，以备讲解各个参数使用）由衍射的条件，光通过狭缝后形成平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹，中央的条纹既宽又亮。设中央条纹的光强为，经计算后，与中央

3、成角处的光强为：，　　其中a为狭缝宽度，为入射光波长，是衍射角。在相对光强随的分布图中表示出各个极大值对于中央条纹光强的相对数。（打开一台仪器，在显示器上演示出这个分布图）下面是实验仪器的介绍和注意细节及实验内容的布置。本实验仪器采用单片机技术把数据处理后在显示器上用图表的形式显示出来，相对更直观，便于理解。它主要由光强分布仪、减光器、数显示波器、氦氖激光器等组成。以下一段时间分别介绍这些仪器的一些参数和操作的注意事项。（略）实验步骤的演示和实验内容的布置：1、测量单缝夫琅和费衍射的相对光强分布（1）光路调整：尽可能将激光器、减光器、单缝、光强仪调整为等高共轴。（2）测量数据：慢慢移动光标，

4、读取衍射曲线上几个特殊点的X值、Y值，填入书中给出的表中。（这两步骤演示给学生看，并在演示过程中让他们注意以下几点）A．测量CCD器件至单缝间的距离Z时，要考虑CCD器件的受光面在光强仪面板后4.5mm处。B．测量相对光强的比值时，X值表示标志线所指处CCD器件上的第几个光电二极管，乘上二极管的中心距后才是实际的距离，实验中的二极管中心距为11；因为要考虑到外界光的干扰，一定要以暗纹的Y值为“基准”，即用测得的各个Y减去暗纹的Y值，不能直接相比较；Y值是表示标志线所指曲线处CCD器件上对应位置上（X值）光电二极管所产生的光电压值，是一个相对量，最大为255，每一单位对应为19.5ｍｖ（255

5、对应５V）。C．较高次级暗纹与较低次级暗纹的Y值读数相差较大，说明未满足远场条件；正方向与负方向暗纹的Y值读数相差较大时，说明单缝未与光强仪垂直。在使用中，如发现波形向一个方向滚动，一般是光强仪与控制器上的“同步”线没有连好；发现没有X值显示，一般是“采样”线没有连好；发现Y值始终是0000，一般是“信号”线没有连好。学生实验和答疑部分：学生操作实验，进行数据采集和分析。教师观察和抽查学生的实验情况，校正一些错误操作并对有疑问的同学进行答疑和个别示范。及时和能提出不同操作思路的同学交流，探讨可行性。课后分析：本实验采用了CCD显示技术，以坐标形象表示了光强的分布，使得光强“数字化”，但这样一

6、来使得一部分理论不是很扎实的学生依赖这种表现形式，对基础知识理解出现偏差，以后上课注意叙述清楚。狄云松2003年