实验2.10 单缝衍射相对光强分布实验2.10 单缝衍射相对光强分布.pdf

基础物理实验《II》课程讲义 实验 2.10 单缝衍射相对光强分布 实验 2.10 单缝衍射相对光强分布 [实验前思考题] 1．当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹的宽度将会怎样改变？如缝宽减半。 又怎样改变？ 2 ．检查光功率计探头是否工作在线性区时，能否用激光光源？ [ 实验目的 ] 1．掌握用光功率计定量测量光强的方法； 2 ．观测直边衍射和单缝衍射条纹的异同； 3 ．观察单缝的夫琅和费衍射现象及测量其相对光强分布； 4 ．由单缝衍射相对光强分布曲线计算狭缝宽度。 [ 仪器用具 ] 编号 仪器名称 数量 主要参数（型号，测量范围，精度） 1 光学平台 2 He-Ne 激光器 3 溴钨灯 4 可调狭缝 5 白屏 6 光功率计及探头 7 一维平移装置 8 激光器架 9 透镜架 10 二维底座（xz ） 2 11 通用底座 2 [ 原理概述 ] 实验 2.9 观测了圆孔的菲涅尔和夫琅禾费衍射图样，本实验将观测狭缝的衍射图样。 1．单缝夫琅和费衍射 基础物理实验《II》课程讲义 实验 2.10 单缝衍射相对光强分布 单缝夫琅和费衍射如图 23 所示。光源 S 置于透镜 L1 的焦面上，出射后变成平行光束 垂直射到宽度为a 的狭缝D 上。根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波 源，由这些点向各方发出球面次波，这些次波在透镜 L2 的后焦面上叠加形成一组明暗相间 的条纹。按惠更斯－菲涅尔原理，可以导出屏上任一点P 处的光强为： θ 2 π a sinθ π a sinθ 2 Iθ = I 0 sin ( ) ( ) （12） λ λ λ θ I 其中 为入射光波长， 为衍射角， 为 P0 处的光强，称为主极大。 0 图 23 单缝夫琅和费衍射光路图 极大的级数 sinθ (λa− 1) Iθ / I 0 0 （主极大） 0 1 第一次极大 1.430 0.0469 第二次极大 2.459 0.0166 第三次极大 3.471 0.0083 第四次极大 4.477 0.0050 图 24 单缝衍射光强分布图 根据式（1）可画出单缝衍射的相对光强分布曲线如图 24 所示。从曲线上可以看出： θ = 0 I （1）当 时，光强有最大值 ，称为主极大，大部分能量落在主极大上。 0 sinθ = kλ / a I = 0 θ （2 ）当 （k = ± 1,± 2,± 3,）时， θ ，出现暗条纹。因 角很小，有 θ ≈ sin θ ，可近似认为暗条纹在θ = k λ / a 的位置上。可见，主极大两侧暗纹之间的角距离 Δθ = 2λ / a ，