[實(shí)驗(yàn)報(bào)告]單縫衍射的光強(qiáng)分布與縫寬測(cè)量

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1、單縫衍射的光強(qiáng)分布與縫寬測(cè)量摘要：本文主要介紹了通過(guò)觀察單縫的夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象及其隨單縫寬度變化的規(guī)律，加深對(duì)光的衍射理論的理解。學(xué)習(xí)光強(qiáng)分布的光電測(cè)量方法。利用衍射圖案測(cè)定單縫的寬度。關(guān)鍵詞：?jiǎn)慰p衍射；光強(qiáng)分布；光電流；單縫縫寬TheLightintensitydistributionoftheSingle-slitdiffractionandtheSeamwidthdeterminationAbstract:ThemainpurposeoftheexperimentistoobservethesingleslitFraunhoferdiffracti

2、onphenomenaandsingleslitwidthwithchangerules,deepentheunderstandingoflightdiffractiontheory.Learninglightintensitydistributionofphotoelectricmeasuringmethod.Diffractionpatterndeterminethewidthofthesingleslot.Keywords:Single-slitdiffraction；Lightintensitydistribution；photo-current

3、；theseamwidth一、引言單縫衍射的基本解釋是光在傳播過(guò)程中遇到障礙物，光波會(huì)繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播。而所謂的夫瑯禾費(fèi)衍射是指光源、衍射屏和觀察屏三者之間都是相距無(wú)限遠(yuǎn)的情況。即當(dāng)入射光和衍射光都是平行的情況。其圖案是一組平行于狹縫的明暗相間的條紋。與光軸平行的衍射光束是亮紋的中心，其衍射光強(qiáng)為極大值。除中央主極大外，兩相鄰暗紋之間有一次極大。位置離主極大越遠(yuǎn)，光強(qiáng)越小。二、實(shí)驗(yàn)原理夫瑯和費(fèi)衍射是平行光的衍射，在實(shí)驗(yàn)中可借助兩個(gè)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。與光軸平行的衍射光會(huì)聚于屏上處，是中央亮紋的中心，其光強(qiáng)設(shè)為；與光軸成θ角的衍射光束會(huì)聚于處，可以證

4、明,處的光強(qiáng)為圖1夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光路圖，（1）式中：a為狹縫寬度，λ為單色光的波長(zhǎng)。由上式得：（1）當(dāng)時(shí)，衍射光強(qiáng)有最大值。此光強(qiáng)對(duì)應(yīng)屏幕上的P0點(diǎn)，稱為主極大。（2）當(dāng)時(shí)，衍射光強(qiáng)有極小值，對(duì)應(yīng)于屏上的暗紋。由于θ值實(shí)際上很小，因此可近似地認(rèn)為暗紋對(duì)應(yīng)的衍射角為。顯然，主極大兩側(cè)暗紋之間的角寬度為，而其他相鄰暗紋之間的角寬度為。（3）除中央主極大外，兩相鄰暗紋之間都有一個(gè)次極大，由（1）式可求出這些次極大出現(xiàn)在處，對(duì)應(yīng)光強(qiáng)依次為夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布曲線如圖2所示。圖2夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布曲線三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)使用He-Ne激光作光源，因?yàn)镠e

5、-Ne激光束具有很好的方向性，光束細(xì)銳，能量集中，加之一般衍射狹縫寬度很小，故準(zhǔn)直透鏡L1可忽略不用。若將觀察屏放在距單縫較遠(yuǎn)處，則聚焦透鏡L2也可以忽略不用。實(shí)驗(yàn)中取單縫到觀察屏的距離Z為1.0m左右，單縫寬度a為0.1mm到0.3mm。1.測(cè)量夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布（1）依次將激光器、單縫、光電池（帶有進(jìn)光小孔）放在光具座上，單縫到觀察屏的距離Z取為100.0cm。（2）開(kāi)啟激光器電源，調(diào)節(jié)工作電壓為5mA，預(yù)熱30min，使其輸出功率穩(wěn)定。先用紙屏在光電池處觀察衍射圖樣，調(diào)節(jié)光路使狹縫豎直，衍射圖樣沿水平方向展開(kāi)。適當(dāng)調(diào)節(jié)縫寬保證光電池移動(dòng)時(shí)能

6、測(cè)到級(jí)亮條紋。檢流計(jì)使用×0.1檔，在中央亮條紋處應(yīng)有較大的示數(shù)。（3）為使測(cè)量準(zhǔn)確，先粗略測(cè)量級(jí)亮條紋處光電流是否相等，到中央亮條紋距離是否相等。若不相等，可微調(diào)狹縫橫向位置和縫寬。（4）先記錄探測(cè)器暗電流和背景光引起的電流，以便對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作出修正。旋轉(zhuǎn)測(cè)距支架上的測(cè)微螺旋，使光電池進(jìn)光孔從左到右駐點(diǎn)掃描，每隔0.5mm記錄一組數(shù)據(jù)，并注意光強(qiáng)級(jí)大、次極大、極小的位置。（5）根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，做光電流（在光電池線性條件下即為）與位置的關(guān)系曲線，并與理論結(jié)果比較。2.測(cè)量單縫寬度a由衍射光強(qiáng)分布曲線求單縫寬度a，并與測(cè)微目鏡測(cè)量結(jié)果比較。四、結(jié)果與討論1.測(cè)

7、量夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布2.測(cè)量單縫寬度a由衍射光強(qiáng)分布曲線可找到主極大和級(jí)次極大k-3-2-10123x/mm2.05.08.513.518.52214.5i/i00.0080.0140.0391.0000.0370.0140.006由公式式中為單色光波長(zhǎng)，單縫到光電池距離。又由已知，測(cè)量得得到：故：用測(cè)微目鏡測(cè)得單縫寬度二者相差五、結(jié)論夫瑯禾費(fèi)單縫衍射圖案是一組平行于狹縫的明暗相間的條紋。與光軸平行的衍射光束是亮紋的中心，其衍射光強(qiáng)為極大值。除中央主極大外，兩相鄰暗紋之間有一次極大。位置離主極大越遠(yuǎn)，光強(qiáng)越小。我們可以通過(guò)測(cè)量各處光電流的大小研究

8、光強(qiáng)的分布，并通過(guò)光強(qiáng)分布的信息測(cè)量單縫寬度。參考文獻(xiàn)[1]周殿清，張文炳，馮輝