设计性试验《微小线径的测定》.doc

评分： 大学物理实验设计性实验 实 验 报 告 实验题目： 微小线径的测定 班 级： 材控08-2班 姓 名： 学号： 25 指导教师： 徐祥福  茂名学院 物理系 大学物理实验室 实验日期：2009 年 12 月 4 日 原始数据记录： 实验台号：5号 实验日期：2009.12.3 劈尖长度L的测量数据记录表： 次数 测量值 1 2 3 4 5 6 0.995 1.000 0.985 0.986 1.000 0.995 33.460 33.467 33.450 33.448 33.459 33.456 32.465 32.467 32.465 32.462 32.459 32.461 32.463 条纹间距b的测量数据记录表： 已知 测量值 次数 测量值 次数 1 14.351 6 8.061 0.140 0.137 2 12.957 7 6.778 0.137 3 11.651 8 5.630 0.138 4 10.448 9 4.473 0.133 5 9.256 10 3.085 0.137 实验17 《微小线径的测定》实验提要 课题的提出和依据 微小线径的测量在现代科学中有很多的测量方法，但都可以归结为，有直接测量和间接测量两类。在普通物理中，直接测量常用的仪器如：千分尺、读数显微镜等，间接测量常采用的方法如：干涉法、衍射法等。对于0.01mm以下的线径用千分尺和常用的读数显微镜来测量就显得无能为力了，通常采用间接测量的方法。头发对每一个人来说都不陌生，但有谁能说出自己的头发的直径是多少？本课题要求设计一种测量自己头发直径的方法，通过实验加以验证。 实验课题及任务 《微小线径的测定》实验课题的任务是，利用光的的干涉、衍射(波动性)现象及其理论，设计出一种实验方法，根据干涉、衍射的花样测量出自己头发的直径。 学生根据自己所学知识，设计出《微小线径的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。 本实验题目要求开光学课程的各专业必选，可以有三至四组选，但是每组的方法或采取的手段应不同。建议电子专业的有四组选择该实验，给专业光学实验打基础。 实验原理提示 衍射法 ????????? 实验原理 激光衍射互补测定法的原理是基于巴俾特原理，图示如下。设一个任意形状的开孔，在平面波照射下，在接收屏上的复振幅用U1表示；用同一平面波照射其互补屏时，在接收屏上其复振幅用U2表示。当互补屏叠加时，开孔消失，在接收屏上的光强分布也应消失，合成复振幅应为零，即 即? 上式说明，两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相相差 。这就是巴俾特原理。对激光衍射条纹来说，原来是亮条纹的位置上互补时将出现暗条纹。利用这个互补原理，就可以测定各种细丝和薄带的尺寸。 根据巴俾涅(Babinet)原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相差为”。可知细丝衍射图形和狭缝衍射图形是相同的，细丝衍射计算和狭缝衍射计算相同。 狭缝或细丝衍射的光强I的分布，由物理学知道： 式中： ；为衍射角；d是狭缝宽度或细丝直径；是单色光源波长(激光光源波长)是时的光强，即光轴上的光强度。 当 处将出现光强为零的条纹，即的暗条纹。测量出暗条纹的位置以及对应的暗条纹的级数，就可以根据上面公式计算出细丝直径d。 衍射法可以用细丝衍射法(和狭缝衍射互补)，还可以用圆斑衍射法(和小孔衍射互补)。这两种衍射方法都需要制作衍射屏，但前者制作衍射屏比后者容易。 干涉法 利用空气劈尖的形成干涉条纹，根据劈尖干涉的原理和计算公式，测量出条纹的距离等参数计算出细丝直径d。 设计要求 ⑴ 通过在实验室观察干涉(“劈尖”等厚干涉)、衍射(细丝衍射)现象，选择其中一种方法，制定出实验方案。 ⑵ 画出实验原理图，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出头发直径与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据干涉、或衍射理论及相关公式推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。) ⑶ 根据实验原理写出实验内容，设计出实验步骤，要具有可操作