文档介绍：选择性实验:二十五夫琅和费单缝衍射
目的要求
本实验目的是实现夫琅和费单缝衍射,并确定缝宽与中央明纹宽度之间的函数关系。
实验要求达到:
理解夫琅和费单缝衍射原理及其特性(画出实验光路图,并说明其特性)。
实现夫琅和费单缝衍射(能判断确认是夫琅和费衍射而不是其它)。
研究缝宽与中央明纹宽度之间的关系(能正确使用测量仪器和选择测点)。
制作缝宽与中央明纹宽度的关系图线。
用最小二乘法通过电子计算机寻找缝宽与中央明纹宽度之间的函数关系式(用理论和误差分析说明所得结果的正确性)。
仪器设备
光具座及其附件(包括透镜、狭缝及其支架等)、钠光灯、测微目镜【见“附录六(一)】、读数显微镜【见“附录六(一)】。
参考书目
程守洙、江之永:《普通物理学》第三册(1982年修订本),p. 40-54;
母国光、战元龄:《光学》,-302;
兰斯别尔格:《光学》上册,-148。
基本原理
光在传播过程中遇到障碍物时(即波阵面受到了限制),偏离直线传播的现象称为光的衍射现象。若将一点(或线)光源置于透镜L1的焦平面上,则透过透镜射出的是平行光束。然后用另一透镜L2把这些平行光束会聚起来,则在透镜L2的焦平面上便看到了点(或线)光源的几何像(可与分光仪实验中望远镜里看到平行光管狭缝像作类比)。如果在两透镜L1和L2之间放置一个障碍物——狭缝,来限制到达透镜L2上的平行光束大小,则由于平行光束遇到狭缝而产生衍射,在透镜L2焦平面上将出现点(或线)光源的衍射图样(注意它与几何像的不同);衍射图样的中央是一个亮区,两侧还有对称的明暗相间区域;而中央亮区的宽度(用线光源时又称中央明纹宽度)和狭缝的宽度密切相关。这种平行光束受狭缝限制所产生的衍射称为夫琅和费单缝衍射。实验就是要研究发生这种衍射时的狭缝宽度与中央明纹宽度之间的关系。
实验指导
1. 实现夫琅和费衍射的关键是必须满足该衍射的特征条件:只有当入射光和衍射光都为平行光时在屏上所产生的衍射图样才是夫琅和费衍射,除此之外均为菲涅耳衍射。实验室提供的透镜,其焦距都是未知的。实验者可以采用自准法(或实验者认为合适的任何测量透镜焦距的方法)把光源狭缝置于透镜
L1的焦平面上;然后,在无狭缝的情况下,通过对会聚透镜L2与测微目镜之间距离的调节,使测微目镜的分划板上获得清晰的光源狭缝几何像,这是判断是否满足特征条件的判据。
在完成了夫琅和费衍射的特征条件的调节之后,建议实验者记下透镜L1和L2的焦距,在实验结果的讨论中,它们是用得着的。在确定光源狭缝与透镜L1之间的距离时, mm的差距(Δ1 = mm);而在确定测微目镜分划板与透镜L2的距离时, mm的差距(Δ2 = mm)。
2. 实验光路与导轨标尺的平行、光源狭缝与衍射狭缝的平行(若两者能处于主光路的同一直线上则更好)、测微目镜的测量准线和衍射条纹的平行、读数显微镜测量准线与其标尺垂直等条件的实施,是准确测量衍射缝宽和中央明纹宽度的基本保证。实验者应该掌握调节技巧,明确调节判据。
观察与思考
1. 改变线(狭缝)光源宽度进行观察纪录和分析。
2. 改变衍射狭缝的取向(如从0° 到90° 的变化)进行观察纪录和分析。
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