单狭缝绕射试验之研究.PDF

物理教育學刊物理教育學刊 71 單狹縫繞射實驗之研究 Chinese Physics EducationChinese Physics Education 2008,2010, 第九卷第一期第十一卷第一期, 1-16, 69-76 2010, 11(1), 69-762008, 9(1), 1-16 單狹縫繞射實驗之研究 蔡政男 王順興 周承漢 吳建榮 林姚宗 正修科技大學 電子系 （投稿日期：民國98 年 10 月30 日，修訂日期：99 年 02 月 10 日，接受日期：99 年 02 月24 日） 摘要 ：單狹縫繞射實驗是物理實驗介紹光的波動性的一個重要實驗。但傳統的實驗中 利用雷射經狹縫片後以目測紀錄亮、暗點（建設性干涉、破壞性干涉）而計算出的波 長誤差可高達 20%以上。此分析為遠場繞射（又稱為 Fraunhofer 繞射）。對於近場繞射 （又稱為 Fresnel 繞射）之分析，傳統繞射實驗無法觀測得知。 本研究以電腦化來分析影響單狹縫繞射的條件。首先、經由改變狹縫片與紙屏（接收 器）之距離，來分析出未繞射、近場繞射、遠場繞射之距離關係。以狹縫寬為 0.016 cm 之單狹縫，波長為 652.5 nm 之雷射照射時，分析出距離 9 cm 為近場繞射與遠場繞射之 分界。9 cm 以上之繞射屬遠場繞射，電腦化實驗求出波長誤差可降至 10%以下。第二、 分析狹縫寬與繞射之關係。當距離固定為為 50 cm 時，以波長為 652.5 nm 雷射照射時， 狹縫寬度須在 0.02 cm 以下方可清楚測出遠場繞射。第三，經由分光與混光實驗讓同 學了解光的三原色與單頻光為形成單狹縫繞射之主因。 關鍵詞 ：繞射（Diffraction）、近場繞射（Near-field diffraction）、遠場繞射（Far-field diffraction） 壹、緒論 討光的波動性以單狹縫繞射實驗為主。 本實驗主要研究光的波動性質。傳統單 一、研究動機 狹縫繞射藉由學生目測記錄求得的波長誤差 太大。所以我們想改變傳統的物理實驗方 光具有波動與粒子的兩種性質，此稱為 式，藉由電腦化的方式觀察光的繞射現象， 「波粒二重性」。自然界中光以直線傳播，可 並分析形成繞射的條件，包括光源的探討、 由影子的形成、針孔成像等例子證明出光線 單狹縫寬度與繞射之關係、由實驗繞射圖形 之粒子性質。而光的波動性質卻是現今光電 讓學生瞭解近場繞射、遠場繞射之理論等， 研究的必備理論。在一般的大學物理實驗探 70 蔡政男 王順興 周承漢 吳建榮 林姚宗 讓學生對光學有一基礎觀念。 分出的連續光線稱作「光譜」，此稱為光的色 二、研究目的 散。而「紅」、「綠」、「藍」三色光的結合可 以組合成許多不同顏色的光，所以「紅」、 經由實驗讓學生瞭解：（一）何種光源能 「綠」、「藍」三種光稱為光的「三原色」。 形成