實(shí)驗(yàn)13單縫衍射光強(qiáng)分布的測(cè)量

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1、實(shí)驗(yàn)13單縫衍射光強(qiáng)分布的測(cè)量單縫衍射的基木解釋是光在傳播過程中遇到障礙物，光波會(huì)繞過障礙物繼續(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?英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Z間有一次極大.位置離主極大越遠(yuǎn)，光強(qiáng)越小.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解單縫衍射現(xiàn)象；2.掌握激光通過單縫形成的衍射圖樣的光強(qiáng)分布和規(guī)律；3.學(xué)握測(cè)量單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射現(xiàn)象及其相對(duì)光強(qiáng)分布的方法.實(shí)驗(yàn)儀器KF-WGZ2光強(qiáng)分布測(cè)定儀、KF

2、-GX多功能信號(hào)分析儀.實(shí)驗(yàn)原理用散射角極小準(zhǔn)直性很好的激光做光源，照在一個(gè)寬度可調(diào)的豎直單縫上,在離狹縫較遠(yuǎn)的距離放置一接收屏，改變縫寬可以在屏上觀察到一組衍射圖樣,從(a)到(d)對(duì)應(yīng)狹縫的寬度由大到小收縮變化，中心亮條紋由小到大向左右兩側(cè)水平展開，同時(shí)出現(xiàn)一系列明暗相間的結(jié)構(gòu)，如圖13.1所示，它實(shí)際上就是夫瑯和費(fèi)衍射條紋.DDDI圖13」當(dāng)光通過一狹縫時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射光，衍射圖樣屮的極小值對(duì)應(yīng)的角度由下式給(13.1)asin&二mA,(m-1,2,3,...)式中,Q表示縫寬，&表示圖樣中心到第加級(jí)極小間的夾角，2表示光的波長(zhǎng)，加表示級(jí)次，如圖

3、13.2所示?通常因?yàn)檠苌浣嵌容^小，可以假設(shè)：sin0?tan^,根據(jù)三角關(guān)系有D(加=123…)mAD(13.3)式屮,Q為狹縫寬度，刃為衍射級(jí)次，尹表示衍射中心到第加級(jí)極小間的距離，D表示從狹縫到光電傳感器的距離，單縫衍射的結(jié)果如圖13.2所示.其光強(qiáng)分布的理論公式為其中Ifsin2u(13.4)nasin0式小，Q為單縫的寬度，2為光的波長(zhǎng)，〃為衍射角，厶為正入射（即0=0）時(shí)?2的入射光強(qiáng)，里字被稱為單縫衍射因子，表征衍射光場(chǎng)內(nèi)任一點(diǎn)相對(duì)光強(qiáng)（即ir實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.夫瑯和費(fèi)單縫衍射的觀察與測(cè)量;圖13.3衍射一維光強(qiáng)分布的測(cè)試按圖13.3搭好實(shí)驗(yàn)

4、裝置（1）把激光器和光電探頭連接到多功能信號(hào)分析儀相對(duì)應(yīng)的位置；（2）接通電源調(diào)整激光器，用小孔屏調(diào)整光路，使岀射的激光束與導(dǎo)軌平行；（3）調(diào)節(jié)二維調(diào)節(jié)架，選擇所需耍的單縫、雙縫、可調(diào)狹縫等，對(duì)準(zhǔn)激光束中心，使之在小孔屏上形成良好的衍射光斑；（4）移去小孔屏，調(diào)整一維光強(qiáng)測(cè)量裝置，使光電探頭中心與激光束高低一致，移動(dòng)方向與激光束垂直，起始位置適當(dāng)；（5）開始測(cè)量，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使光電探頭沿衍射圖樣展開方向（x軸）單向平移，以等間隔的位移（如0.5mm或limn等）對(duì)衍射圖樣的光;強(qiáng)進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，記錄位置坐標(biāo)兀和對(duì)應(yīng)的多功能信號(hào)分析儀所指示的光電流值讀數(shù)/

5、,數(shù)據(jù)記錄在表13」要特別注意衍射光強(qiáng)的極大值和極小值所對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的測(cè)量；（6）繪制衍射光的相對(duì)強(qiáng)度〃與位置坐標(biāo)x的關(guān)系曲線.由于光的強(qiáng)度與檢流計(jì)所指示的電流讀數(shù)成正比，因此可用檢流計(jì)的光電流的相對(duì)強(qiáng)度Mo代替衍射光的相對(duì)強(qiáng)度/〃o；（7）由于激光衍射所產(chǎn)生的散斑效應(yīng)，光電流值顯示將在時(shí)示值的約10%范圍內(nèi)上下波動(dòng)，屬正常現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)屮可根據(jù)判斷選一屮間值，由于-?般相鄰兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)（如間隔為0.5mm時(shí)）的光電流值相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，故該波動(dòng)一般不影響測(cè)量.1.測(cè)量單縫的寬度（1）測(cè)量單縫到光電池的距離Q,用卷尺測(cè)取相應(yīng)移動(dòng)座間的距離即可；（2）再?gòu)那耙徊?/p>

6、驟屮所得的分布曲線可得各級(jí)衍射暗條紋到明條紋屮心的距離*求出同級(jí)距離必的平均值總,將沖和D值代入公式13.3,計(jì)算出單縫寬度，用不同級(jí)數(shù)的結(jié)果計(jì)算平均值.數(shù)據(jù)處理1.用表13」的數(shù)據(jù)，以橫坐標(biāo)值為x軸，光強(qiáng)值為尹軸，作出單縫衍射圖像;建議學(xué)生把測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入到Excel±,然后自動(dòng)生成曲線圖.2.從表13」中或者由表格13」所描繪的曲線屮找出衍射一級(jí)極小填入表格13.2屮，分別記下衍射屮心左側(cè)（橫坐標(biāo)值％））和右側(cè)（橫坐標(biāo)值％））—級(jí)極小的橫坐標(biāo)值和光強(qiáng)值.3.用同級(jí)次條紋間的距離除以2,求得從圖樣中心到第一級(jí)極小的距離：XZr24.計(jì)算激光波長(zhǎng)

7、，誤差大小以及分析誤差來(lái)源.表13.1單縫衍射的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)編號(hào)橫坐標(biāo)值（x）,單位：mm光強(qiáng)值3）,單位：V123??100101??表13?2單縫衍射的測(cè)量數(shù)據(jù)記錄縫到傳感器接收頭的距離123平均值萬(wàn)（cm）一級(jí)極小衍射中心左側(cè)橫坐標(biāo)值刃）光強(qiáng)值衍射中心右側(cè)橫坐標(biāo)值％）光強(qiáng)值角寬度&單縫縫寬（mm）計(jì)算激光的波長(zhǎng)（nm）注意事項(xiàng)1?禁止帶電拔插鼠標(biāo)連接線.2.選擇合適的入射光孔和光電傳感器的放大倍數(shù)，確保在最小光強(qiáng)和最大光強(qiáng)處測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度不出現(xiàn)飽和現(xiàn)彖，以便測(cè)得完好的衍射圖象.一般光電轉(zhuǎn)換器的輸出電壓不超過6V.2.半導(dǎo)體激光器的工作電壓為

8、5V,電源電壓確保在5V或以下.3.單縫板中的細(xì)縫不要人為損壞，弄臟后需用酒精棉小心擦洗.思考題1.縫寬的變