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单缝衍射光强分布的测量实验报告--第1页
单缝衍射光强分布的测量实验报告
物理实验报告5_测量单缝衍射的光强分布
实验名称:测量单缝衍射的光强分布实验目的:
a.观察单缝衍射现象及其特点;
b.测量单缝衍射的光强分布;
c.应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽;
实验仪器:
导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光
强测量装置、WJH型数字式检流计。
实验原理和方法:
光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物,改变光的直线传
播,称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时,如
狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等,就能观察到明显
的光的衍射现象,亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为
夫琅和费衍射与费涅耳衍射,亦称为远场衍射与近场衍射。本实
验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射,其入射光束和衍
射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。
a.理论上可以证明只要满足以下条件,单缝衍射就处于夫琅和
费衍射区域:
a2a2
或L88L
式中:a为狭缝宽度;L为狭缝与屏之间的距离;?为入射光的
单缝衍射光强分布的测量实验报告--第1页
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波长。
可以对L的取值范围进行估算:实验时,若取a?1?10m,入射
光是He?Ne激光,?4
其波长为632.80nm,a2
1.6cm?2cm,所以只要取L?20cm,就可满足夫琅和费衍射的远
场条件。但实验证明,取L?50cm,结果较为理想。
b.根据惠更斯-费涅耳原理,可导出单缝衍射的相对光强分
布规律:
I?(sinu/u)2I0
式中:u?(?asin?)/?
暗纹条件:由上式知,暗条纹即I?0出现在
u?(?asin?)/,??2?,?
即暗纹条件为
asin??k?,k??1,k??2,?
明纹条件:求I为极值的各处,即可得出明纹条件。令
d(sin2u/u2)?0du
推得u?tanu
此为超越函数,同图解法求得:
u?0,?1.43?,?2.46?,?3.47?,?
即asin??0,?1.43?,?2.46?,?3.47?,?
可见,用菲涅耳波带法求出的明纹条件
asin??(2k?1)?/2,k?1,2,3,?
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只是近似准确的。
单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示,图中各级极大的位
置和相应的光强如下:
sin?
I0?1.43?/a?2.46?/a?3.47?/aI00.047I00.017I0.0.018I
c.应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽
由暗纹条件:asin??k?并由图有:Xk?Ltan?k由于?很小,所以
Xk?L?k?kL?/a
令b?Xk?1?Xk?L?/a(b为两相邻暗纹间距),则
a?L?/b(或a?L?/X1,X1为中央明纹半宽度)
由此可见,条纹间距b正比于L和?,反比于缝宽a。由实验曲
线测出b(取平均值),即可算出缝宽a。
d.实验证明,若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝,
屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的,故只需
将单缝宽度a用金属细丝直径d代替,就可完全应用以上的理论
和公式。
实验内容和步骤:
实验主要内容是观察单缝衍射现象,测量单缝衍射的光强分布,
并计算
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