實(shí)驗(yàn)四十二衍射法測量微小長度

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1、實(shí)驗(yàn)四十二衍射法測量微小長度【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.學(xué)會(huì)用衍射法測量微小長度—單縫的寬度。2.觀察與分析單縫的夫瑯和費(fèi)衍射，加深對(duì)光的衍射理論的理解。3.測繪單縫衍射光強(qiáng)分布曲線?！緦?shí)驗(yàn)儀器】光具座，激光器，可調(diào)單縫，硅光電池（裝在讀數(shù)顯微鏡筒旁邊），凸透鏡（兩個(gè)，已知焦距）光點(diǎn)檢流計(jì)，米尺，電阻箱，雙刀雙擲開關(guān)，白屏?！緦?shí)驗(yàn)原理】夫瑯和費(fèi)單縫衍射要求光源和觀察屏都是無限遠(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)中如圖42-1所示的裝置能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。由惠更斯—菲涅耳原理可知，沿垂直于單縫方向上的光強(qiáng)分布規(guī)律為：（42-1）其中：是衍射角；是衍射角為方向上的光強(qiáng)；是中央方向（）的最大

2、光強(qiáng)；為單縫的寬度；是入射單色光的波長。當(dāng)時(shí)，，為中央明條紋中心點(diǎn)的光強(qiáng)，稱為中央主極大。當(dāng)，則，為次級(jí)極大。當(dāng)，則，此時(shí)，即出現(xiàn)暗條紋。由于角很小，故可近似地寫成：（42-2）當(dāng)透鏡與觀察屏間距為，對(duì)應(yīng)的衍射角的級(jí)暗條紋到中央明條紋中心點(diǎn)的間距為，則：故單縫的寬度為：（42-3）（42-4）由上面幾式可以看出：（1）對(duì)同一級(jí)暗條紋（相同），衍射角與狹縫寬度成反比，狹縫越窄，衍射角越大，衍射效果越顯著。狹縫越寬，衍射角越小，條紋越密，當(dāng)狹縫足夠?qū)挘ǎr(shí)，，衍射現(xiàn)象不顯著，這樣可將光看作是直線傳播。（2）中央明條紋的寬度，由級(jí)的兩條暗條紋的衍射

3、角所確定。則中央明條紋的寬度為。而任意相鄰兩暗條紋之間角為，近似相等，則：（42-5）（3）根據(jù)計(jì)算可知，兩相鄰暗條紋之間是各級(jí)次極大，以衍射角表示對(duì)應(yīng)各級(jí)次極大的位置，則有：，，，···它們相對(duì)應(yīng)的相對(duì)光強(qiáng)為：，0.017，0.008，0.005，…。圖42-2為單狹縫的夫瑯和費(fèi)衍射相對(duì)光強(qiáng)分布圖?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.觀察單縫衍射現(xiàn)象（1）調(diào)節(jié)激光器光束與光具座導(dǎo)軌平行。（2）按夫瑯和費(fèi)衍射條件，布置單狹縫和光屏，使它們與激光光束垂直。（3）改變單狹縫的寬度，觀察衍射的變化規(guī)律，調(diào)節(jié)出最佳待測衍射圖像。2.測量單狹縫衍射的光強(qiáng)分布（1）移去光屏

4、，換上硅光電池，使衍射光中央主極大照射在光電池上。調(diào)節(jié)單狹縫寬度和光電池進(jìn)光的狹縫，使檢流計(jì)光斑偏轉(zhuǎn)接近滿刻度。（2）沿軸方向平移光電池，以較小的間隔，逐點(diǎn)測定衍射光的相對(duì)光強(qiáng)和對(duì)應(yīng)的位置。衍射光強(qiáng)的極大值和極小值所對(duì)應(yīng)的位置和，應(yīng)精心仔細(xì)測量。（3）測量單狹縫到光電池的距離。（4）利用公式（42-4）計(jì)算單狹縫的寬度。取不同級(jí)數(shù)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，取其平均值（激光光波的波長為632.8）。（5）以相對(duì)光強(qiáng)為縱坐標(biāo)，以其對(duì)應(yīng)的位置為橫坐標(biāo)，作單狹縫衍射的光強(qiáng)分布曲線圖。3.用單縫衍射儀測量單狹縫的寬度（1）調(diào)節(jié)好光路，從測微目鏡（或讀數(shù)顯微鏡

5、）中觀察到最佳衍射圖像。在中央明條紋兩側(cè)各有5條以上的次明紋。（2）測出級(jí)至級(jí)各暗條紋位置，并將所記錄的數(shù)值填入表42-1中。（3）計(jì)算：平均間距=。（4）測出單狹縫到測微目鏡之間的距離，=（125+讀數(shù)值+2.5）。（5）按公式（42-5）計(jì)算狹縫寬度。（6）計(jì)算狹縫寬度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。表42-1數(shù)據(jù)記錄表單位：左側(cè)右側(cè)平均狹縫寬（）平均值【思考題】1.在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，如果用低壓汞燈代替鈉燈實(shí)驗(yàn)，將看到什么現(xiàn)象？如在汞燈前加放綠色玻璃片，衍射圖像與鈉燈的衍射圖像有什么不同？為什么？2.用該實(shí)驗(yàn)方法是否可以測量細(xì)絲的直徑？其原理和方法是否與單縫

6、的寬度測量相同？3.如何正確測定狹縫到測微目鏡的距離？4.觀察細(xì)絲、圓孔、矩形孔的衍射現(xiàn)象（自選）。