2.测量单狭缝衍射的光强分布.ppt

实验四十二 衍射法测量微小长度 【实验目的】 1.学会用衍射法测量微小长度—单缝的宽度。 2.观察与分析单缝的夫琅和费衍射，加深对光的衍射理论的理解。 3.测绘单缝衍射光强分布曲线。 【实验仪器】 光具座， 激光器，可调单缝，硅光电池（装在读数显微镜筒旁边），凸透镜（两个，已知焦距）光点检流计，米尺，电阻箱，双刀双掷开关，白屏。 【实验原理】 夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏都是无限远，实验中如图42-1所示的装置能实现这个要求。 由惠更斯—菲涅耳原理可知，沿垂直于单缝方向上的光强分布规律为： （42-1） 其中： 是衍射角； 是衍射角为 方向上的光强； 是中央方向（ ）的最大光强； 为单缝的宽度； 是入射单色光的波长。 当 时， ， 为中央明条纹中心点的光强，称为中央主极大。 当 ，则 ，为次级极大。 当 ，则 ，此时 ，即出现暗条纹。由于 角很小，故可近似地写成： 当透镜 与观察屏间距为 ，对应的衍射角 的 级暗条纹到中央明条纹中心点的间距为 ，则： 故单缝的宽度为： 由上面几式可以看出： （1）对同一级暗条纹（ 相同），衍射角 与狭缝宽度 成反比，狭缝越窄，衍射角越大，衍射效果越显著。狭缝越宽，衍射角越小，条纹越密，当狭缝足够宽（ ）时， ，衍射现象不显著，这样可将光看作是直线传播。 （2）中央明条纹的宽度，由 级的两条暗条纹的衍射角所确定。则中央明条纹的宽度为 。而任意相邻两暗条纹之间角为 ，近似相等，则： （3）根据计算可知，两相邻暗条纹之间是各级次极大，以衍射角表示对应各级次极大的位置，则有： ， ， ，··· 它们相对应的相对光强为： ，0.017，0.008，0.005，…。图42-2为单狭缝的夫琅和费衍射相对光强分布图。 【实验内容】 1.观察单缝衍射现象 （1）调节激光器光束与光具座导轨平行。 （2）按夫琅和费衍射条件，布置单狭缝和光屏，使它们与激光光束垂直。 （3）改变单狭缝的宽度，观察衍射的变化规律，调节出最佳待测衍射图像。 2.测量单狭缝衍射的光强分布 （1）移去光屏，换上硅光电池，使衍射光中央主极大照射在光电池上。调节单狭缝宽度和光电池进光的狭缝，使检流计光斑偏转接近满刻度。 （2）沿 轴方向平移光电池，以较小的间隔，逐点测定衍射光的相对光强 和对应的位置 。衍射光强的极大值 和极小值 所对应的位置 和 ，应精心仔细测量。 （3）测量单狭缝到光电池的距离 。 （4）利用公式（42-4）计算单狭缝的宽度 。取不同级数 的测量数据进行计算，取其平均值 （激光光波的波长为632.8 ）。 （5）以相对光强 为纵坐标，以其对应的位置 为横坐标，作单狭缝衍射的光强分布曲线图。 3.用单缝衍射仪测量单狭缝的宽度 （1）调节好光路，从测微目镜（或读数显微镜）中观察到最佳衍射图像。在中央明条纹两侧各有5条以上的次明纹。 （2）测出 级至 级各暗条纹位置，并将所记录的数值填入表42-1中。 （3）计算：平均间距= 。 （4）测出单狭缝到测微目镜之间的距离 ， =（125+读数值+2.5） 。 （5）按公式（42-5）计算狭缝宽度 。 （6）计算狭缝宽度 的标准偏差。 表42-1 数据记录表 单位： 【思考题】 1.在单缝衍射实验中，如果用低压汞灯代替钠灯实验，将看到什么现象？如在汞灯前加放绿色玻璃片，衍射图像与钠灯的衍射图像有什么不同？为什么？ 2.用该实验方法是否可以测量细丝的直径？其原理和方法是否与单缝的宽度测量相同？ 3.如何正确测定狭缝到测微目镜的距离？ * * （42-2） （42-3） （42-4） （42-5） 平均值 狭缝宽 （ ） 平均 右侧 左侧 4.观察细丝、圆孔、矩形孔的衍射现象（自选）。 *