光的衍射试验改进.DOC

无级调节狭缝/障碍物宽度的“光的衍射”实验装置 位育高级中学 陈浔颖 【摘要】利用千分尺测微头可读数的特点，制作成无级可调地单缝套管，安装在高功率激光器前端，很好的解决了光路一致及狭缝宽度不可连续调节的问题，能定量及定性的研究光的单缝衍射现象；利用千分尺测微头的螺杆可旋转并可读数的特点，在其螺杆上安装障碍物，制作成无级可调地挡光宽度的套管，安装在高功率激光器前端，很好的解决了光路一致及挡光宽度不可连续调节的问题，能定量及定性的研究光的障碍物衍射现象。 关键词：激光 衍射 无级调节 1 原教材中的实验 原教材中的2521型学生实验仪的单缝是采用真空镀铬工艺镀铬在玻璃片上。镀铬的部分像镜子一样反光，不能透光；不镀铬的部分(即单缝所在位置)则透光。将此单缝、与激光器、光屏依次安装在光具座上。调整三者的高度(使之在同一直线上)和距离，使激光照射单缝，在光屏上投下的衍射条纹。（如图1） 在实际教学过程中，教师除了要让学生观察到单缝衍射的图样外，还希望通过实验让学生观察产生明显衍射的条件及不同缝宽的衍射图样的不同，而原器材中只是配有两种不同缝宽的单缝，这是此仪器的不足之一；其次我们知道光不仅遇到狭缝会出现衍射现象，在遇到障碍物时一样会出现衍射现象，而该仪器就无法做到这点，这是此仪器的不足之二；那么有些教师就想到取下单缝，在光具座上一次一次的安装不同粗细的障碍物，虽然可以在光屏上投下的衍射条纹，但在实际操作中，每换一次障碍物都要调整位置使其在激光的光路上，这样课堂的效率较低，基于此原因改进实验仪器如下。 2 创新后的实验 2.1实验器材 高功率激光器1个（532nm绿光，10000mw）； 千分尺测微头4个（全长37黑色直径6测量头直径3.5聚四氟乙烯2.2制作过程 2.2.1 无级狭缝的制作方法一 (1)利用聚四氟乙烯具有耐高温的特点2.2.2 无级狭缝的制作方法二 (1)利用聚四氟乙烯具有耐高温的特点(2)千分尺测微头的中心位置开槽固定矩形开缝钢片； (3)在套管上开孔位置固定千分尺测微头的固定套管，组合后装置图（如图5）。 2.2.3 障碍物的制作 (1)利用聚四氟乙烯具有耐高温的特点(1)将图5的单缝套管安装在激光器上； (2)通过旋转千分尺测微头的活动套管，从而旋转测微螺杆的角度，使矩形开缝钢片的透光宽度发生变化，即实现无级调节单缝宽度（如图10）； (3)让激光照射在矩形开缝钢片的缝的中心，在光屏上投下激光的光斑，此时观察不到明显的衍射条纹； (4)定性的观察：旋转活动套管，逐渐减小透光的缝宽，则黑色光屏上开始出现衍射条纹；继续旋转活动套管，可以观察到衍射条纹随着缝宽变化的规律，中央亮纹的宽度越来越宽。由于激光器功率大、绿光宜观察，可以直接以教室墙壁为背景，适合教师课堂进行教学演示实验。 (5)定量的探究：旋转千分尺测微头的活动套管，通过千分尺测微头的活动套杆旋转的刻度得出开缝钢片旋转的角度，从而可以算出透光的缝宽。利用像机拍摄出在（标准方格纸的）光屏上的衍射条纹，运用游标卡尺测量中央明条纹宽度，再通过等比例计算得出中央亮纹的宽度。最后和理论计算得出的数据比较，分析实验误差，适合学生进行探究性实验。 (6)注意：旋转的角度应小于90度，否则就不是单缝衍射而变成障碍物衍射了。 3.3 障碍物衍射实验方法： (1)将图7的障碍物套管安装在激光器上； (2)通过旋转千分尺测微头的活动套管，从而旋转测微螺杆的角度，使矩形钢片的挡光宽度发生变化，即实现无级调节障碍物宽度（如图11）； (3)让激光照射在矩形钢片的中心，在光屏上投下矩形钢片的影子，此时观察不到明显的衍射条纹； (4)定性的观察：旋转千分尺测微头的活动套管，逐渐减小挡光宽度，则黑色光屏上开始出现衍射条纹；继续旋转活动套管，可以观察到衍射条纹随着挡光宽度变化的规律，中央亮纹的宽度越来越宽。由于激光器功率大、绿光宜观察，可以直接以教室墙壁为背景，适合教师课堂进行教学演示实验。 (5)定量的探究：旋转千分尺测微头的活动套管，通过千分尺测微头的活动套杆旋转的刻度得出开缝钢片旋转的角度，从而可以算出挡光宽度。利用像机拍摄出在（标准方格纸的）光屏上的衍射条纹，运用游标卡尺测量中央明条纹宽度，再通过等比例计算得出中央亮纹的宽度。最后和理论计算得出的数据比较，分析实验误差，适合学生进行探究性实验。 4. 实验结果 4.1 单缝衍射实验方法一的现象： (1)单缝较宽时的衍射图样（如图12）； (2)单缝较窄时的衍射图样（如图13）； 结论：当单缝的宽度越窄时，光的衍射现象越明显，中央亮纹的宽度越宽． 4.2 障碍物衍射实验的现象： (1) 障碍物挡光宽度较宽时的衍射图样（如图14）； (2) 障碍物挡光宽度较窄时的衍射图样（如图15）； 结论：当