试验用扭摆法测刚体转动惯量.doc

实验 单缝衍射及光强分布测试 光衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样包括：单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑 【实验目的】 1. 观察单缝衍射现象，加深对波的衍射理论的理解。 2. 测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。 3. 学会利用衍射法测量微小量的思想和方法。 4. 加深对光的波动理论和惠更斯—菲涅耳原理的理解。 【实验原理】 1. 单缝衍射的光强分布 光线在传播过程中遇到障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。 散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝后大于0.5m的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹。由于激光束的方向性很强，可视为平行光束，因此观察到衍射条纹实际上就是夫琅禾费衍射条纹，如图1所示。 光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理：把波阵面上的各点都看成子波波源，衍射时波场中各点的强度由各子波在该点相干叠加决定。即就是说单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源，由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。 图1中宽度为的单缝产生的夫琅禾费衍射图样，其衍射光路图满足近似条件： 产生暗条纹的条件是： （k=±1，±2，±3，…） (1) 暗条纹的中心位置为： (2) 两相邻暗纹之间的中心是明纹中心； 由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为 　 （3） 是狭缝宽，是波长，是单缝位置到光电池位置的距离，是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离，其光强分布如图2所示。 当相同，即相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当时，，，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大；中央明纹最亮、最宽，它的宽度为其他各级明纹宽度的两倍。 ，即时，I = 0在这些地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。中央亮条纹的宽度可用的两条暗条纹间的间距确定，(x=2(D/d；某一级暗条纹的位置与缝宽d成反比，d大，x小，各级衍射条纹向中央收缩；当宽到一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿几何直线传播的。 次极大明纹与中央明纹 = 0.047, 0.017, 0.008, …… (4) 2. 衍射障碍宽度（）的测量 由以上分析，如已知光波长，可得单缝的宽度计算公式为 　 　　　　　　　　 (5) 式中K是暗条纹级数，D为单缝至屏之间的距离，x为第K级暗条纹距中央主极大中心位置距离。用光的衍射可以测量细缝的宽度。 同理，如已知单缝的宽度，可以测量未知的光波长。 根据互补原理，光束照射在细丝上时，其衍射效应和狭缝一样，在接收屏上得到同样的明暗相间的衍射条纹。于是，利用上述原理也可以测量细丝直径及其动态变化。如图3所示。 【实验仪器】 光强分布测试仪 【仪器介绍】 1. 硅光电池光电接收器 2. 一维可调移动尺 3. 光电流检测主机 4. 衍射片 5. 半导体激光器 6. 半导体激光器电源 7. 光学导轨 【预习思考题】 1. 光的干涉与衍射有什么异同？ 2. 让激光发出的单色光照射到狭缝上，当狭缝宽逐渐，在光屏上出现的现象怎样？ 1. 请不要用眼晴直视激光束，以免损害视网膜。 2. 光强分布测试仪量程分为两档，用以测量不同的光强范围，使用前应先预热5分钟。 3．由于硅光电池的受光面积较大，而实际要求测出各个点位置处的光强，所以在硅光电池前装可调细缝光栏，用以控制受光面积，并把硅光电池装在带有螺旋测微装置的底座上，可沿横向方向移动，这就相当于改变了衍射角。 4．由于激光衍射所产生的散斑效应，光电流会出现一定的跳动属正常现象，实验中可根据判断选一中间值。 【实验内容与步骤】 1. 观察单缝衍射的光强分布 (1)在(1.2 m)光导轨上正确安置好各实验装置，如上图所示；打开激光器，调节激光束与导轨平行 用白屏观测单缝衍射变化。 (2)开启检流计，预热5分钟；仔细检查激光器、单缝和一维光强测量装置的