單縫衍射測定狹縫寬度實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、單縫衍射測定狹縫寬度實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書1實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理及方法當(dāng)一?束波長為幾的平行光垂肓射向一寬度為0的單縫時(shí)，將產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象。由惠更斯■菲涅耳原理nJ以推出單縫衍射圖像中沿垂直于入射光方向的光強(qiáng)度分布規(guī)律。其中產(chǎn)生明暗條紋的條件分別為asm0k=(2A:4-1)—(k=0,±1,±2,±3,…)(1)asmOk=^~(k=±l,±2,±3,...)(2)厶為單縫到衍射屏的距離,式屮@為A級條紋的衍射角。圖1為單縫衍射光路及光強(qiáng)度分如圖。圖中幾表示第斤級暗紋之間的距離,當(dāng)在實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造條件使得則可近似地認(rèn)為可由暗紋的產(chǎn)生條件一公式(2),測出單Dk(k二±1,±2,±3,…)2

2、k入La=縫縫寬血W實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。木實(shí)驗(yàn)采用已知波長為九的單色光來測:&單縫縫寬的方法。由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的單色光通過單縫裝置產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，通過光傳感器將其衍射圖像采集下來，便可就示在顯示屏上。Z后,測量顯示屏上的光強(qiáng)分布圖上第以級的衍射昭條紋間距2,在光具座上的標(biāo)尺讀數(shù)衍射距離厶由公式即半導(dǎo)體激光器中縫裝遇科學(xué)工作室接口圖2實(shí)驗(yàn)裝置示意圖可算出縫寬a。1實(shí)驗(yàn)儀器1.1儀器清單：光傳感器、旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳感器、科學(xué)工作室500型接口、計(jì)算機(jī)、狹縫、半導(dǎo)體激光發(fā)射器、若T電纜1.2儀器功能介紹2.2.1半導(dǎo)體激光器：產(chǎn)生激光的裝置；1.2.2500型科學(xué)工作室接口：電信號(hào)所輸

3、入的碩件端口;2.2.3CI6504A型光傳感器：將光信號(hào)傳入到500型科學(xué)工作室接口的裝置。2.2.3.1光傳感器安裝有光圈調(diào)節(jié)裝置，該裝置由6個(gè)寬度不同的光闌構(gòu)成，其功能用于采圖3傳感器通光口集光信號(hào)。光闌越寬，入射光強(qiáng)度越人，反之越小。當(dāng)入射光強(qiáng)度較大時(shí)，應(yīng)選擇數(shù)字較?。ɑ蛘咻^窄）的光闌采光；反Z選擇狹縫綾大的，如圖3所示。本實(shí)驗(yàn)光闌一般選2號(hào)光闌。2.2.3.2為了使光傳感器具有較大的測量范圍，在其后方還裝有傳感器增益裝宜，如圖4所示。這增益裝置是將所采集的信號(hào)放人后，輸入計(jì)算機(jī)。該裝置設(shè)計(jì)為1、10、100三個(gè)檔位。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇，如圖4。選擇“1”檔時(shí)，傳感

4、器未將所采的光的信號(hào)放大，也就是輸入計(jì)算機(jī)的光的強(qiáng)度就是通光闌所采集的光強(qiáng)大小；選擇“100”檔時(shí)傳感器增益最高，將所采集的光的倍號(hào)放人100倍，所以該光傳感器可用來測量微弱光信號(hào)。圖4傳感器坍益裝置2.2.3.3如果已選擇最人的光闌來測量時(shí)，仍然不能明顯測出其光強(qiáng)時(shí)，則可把傳感器增益開關(guān)撥到10或著100。使用時(shí)通過靈活選擇增益以及通光狹縫的寬度，可以使得傳感器的可測量范圍變得比較人。本實(shí)驗(yàn)增益為10。2.2.3.4實(shí)際操作時(shí)光點(diǎn)以可以采集到圖樣零級明條紋最人強(qiáng)度的峰值、不出現(xiàn)削峰（平峰現(xiàn)象）為宜，即保附最高峰的出現(xiàn)。通過移動(dòng)“旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳感器”使可以光闌采集到所冇的衍射光

5、斑。在操作中盡量少或不采集無衍射光斑區(qū)域，避免成圖后，衍射光強(qiáng)分布過于狹窄。2內(nèi)容和要求1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1.1儀器的正確調(diào)節(jié)與使用。3.1.2觀察單縫衍射現(xiàn)彖及記錄單縫衍射光強(qiáng)度分布曲線。3.1.3測量并記錄實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)。3.1.4正確撰寫相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3.2教學(xué)要求2.2.1觀察單縫衍射現(xiàn)象、并學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)采集其光強(qiáng)分布圖；3.2.2從計(jì)算機(jī)釆集的單縫衍射光強(qiáng)分布曲線圖中,測量出±2級以上暗紋之間的距離Q士k，重復(fù)讀數(shù)8次以上；323用光具座上的米尺測量單縫位置和采光屛的位置各一次，并算出單縫到采光屛的距離；3.2.4將所測的物理量代人公式（3）算出狹縫的寬度及其不

6、確定度。4操作指導(dǎo)4.1調(diào)試儀器粗調(diào)4.1.1檢查電路是否連接好；4.1.2開啟激光發(fā)射器及單縫下方磁性表座開關(guān)，粗調(diào)各儀器位置?狀態(tài)。使單縫距激光發(fā)射器近一些，但離光屏遠(yuǎn)一些；3.1.3開啟激光器電源，粗調(diào)激光發(fā)射器、單縫的位置，使激光束垂直穿過狹縫的中部，呈現(xiàn)的衍射光斑在光屏上均勻?qū)澐Q。然后分別鎖定單縫及激光器的磁性表座開關(guān)；4.1.4調(diào)整光傳感器的光闌的高度，使所有的衍射光斑能夠通過光屏的通光闌的中部，便于光傳感器采集到所有的光強(qiáng)。3.2科學(xué)工作室500型接口的通設(shè)置4.2.1檢査通道的連接：500型科學(xué)工作室數(shù)字1、2通道連接“旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳感器”。模擬接口C連接光傳感

7、器（這些電纜已連接好，無需連接。）。學(xué)工作室若宴演輯實(shí)臉旻示說明圖5科學(xué)工作室界而（注意：傳感器連接采用梅花式插頭和插座，插入時(shí)，要對準(zhǔn)確，看清楚箭頭或Top標(biāo)志，不許錯(cuò)位強(qiáng)行插入。）4.2.2開啟科學(xué)工作室：workshopn圖標(biāo)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋找科學(xué)打開500型科學(xué)工作室接口背面電源開關(guān)（綠燈亮），雙擊計(jì)算機(jī)顯示屏幕“Science工作室接口，當(dāng)計(jì)算機(jī)自檢完成，就自動(dòng)進(jìn)入科學(xué)工作室工作界面，如圖5。插頭圖標(biāo),揪住左鍵不放并拖到1口，則計(jì)算機(jī)自動(dòng)將接口1、2選屮，并彈出“選擇感應(yīng)器”窗口，下拉該菜單，選擇“旋轉(zhuǎn)移動(dòng)