文档介绍：单缝衍射光强的分布测量实验报告实验名称:测量单缝衍射的光强分布实验目的: ; ; ; 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。 ,单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域: a2a2 ???或L???88L 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a?1?10m,入射光是He?Ne激光,?4 其波长为,a2 ???2cm,所以只要取L?20cm,就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验证明,取L?50cm,结果较为理想。 -费涅耳原理,可导出单缝衍射的相对光强分布规律: I?(sinu/u)2I0 式中:u?(?asin?)/? 暗纹条件:由上式知,暗条纹即I?0出现在 u?(?asin?)/????,??2?,? 即暗纹条件为 asin??k?,k??1,k??2,? 明纹条件:求I为极值的各处,即可得出明纹条件。令 d(sin2u/u2)?0du 推得u?tanu 此为超越函数,同图解法求得: u?0,??,??,??,? 即asin??0,??,??,??,? 可见,用菲涅耳波带法求出的明纹条件 asin??(2k?1)?/2,k?1,2,3,? 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: sin? I0??/a??/a??/aI0. :asin??k?并由图有:Xk?Ltan?k由于?很小,所以 Xk?L?k?kL?/a 令b?Xk?1?Xk?L?/a,则 a?L?/b 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,即可算出缝宽a。 ,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,测量单缝衍射的光强分布,并计算出缝宽a。实验中用硅光电池作光强I的测量器件。硅光电池能直接变为电能,在一定的光照范围内,光电池的光电流i与光照强度I成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计,以数字显示来检测光电流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a进行处理,从而将光强I以数字显示出来。 ,先目测粗调,使各光学元件同轴等高,要注意将激光器调平; , ?3加上本实验采用的是方向性很好,发散角1?10~1?10?5rad的He?Ne激光作为光源,这样可满足夫琅和费衍射的远场条件,从而可省去单缝前后的透镜L1和L2。; ?Ne激光器,使激光垂直照射于单缝的刀口上,利用小孔屏调好光路,须特别注意的是:观察时不要正对电源,以免灼伤眼睛。 ,将量程选择开关置I档,衰减旋钮置校准为止。调节调零旋钮,使数据显示器显示“-000”。以后在测量过程中如果数码管显示“999”,此为超量程知识,可将量程调高一档。如果数字显示小于190,且小数点不在第一位时,可将量程减少一档,以充分利用仪器分辨率。 ,调二维调节架,选择所需的单缝缝宽a,观察小孔屏上的衍射花纹,使它由宽变窄及由窄变宽重复几次,一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和变化规律,另一方面调节各元件,使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当,以便测量。这一步是测量效果是否理想的关键。 ,调整一维光强测量装置,使光电探头中心与激光束高度一致,移动方向与激光束垂直,起始位置适当。 ,记下本底读数再打开激光电源,开始测量。为消除空程,减小误差,应转动手轮使光电探头单方向移动,即沿衍射图像的展开方向,从左向右或从右向左,每次移动,单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。,纵轴为光强,将记录下来的数值描绘出来。就得单缝