物理实验工作报告5_测量单缝衍射的光强分布.pdf

实验名称：测量单缝衍射的光强分布 实验目的： a ．观察单缝衍射现象及其特点； b ．测量单缝衍射的光强分布； c ．应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽； 实验仪器： 导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、 WJH型数字式 检流计。 实验原理和方法： 光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障 碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能 观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与 费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍 射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。 a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域： 2 2 a a 或 L 8 L 8 式中： a 为狭缝宽度； L 为狭缝与屏之间的距离； 为入射光的波长。 4 可以对 L 的取值范围进行估算：实验时，若取 a 1 10 m ，入射光是 He Ne激光， 2 a 其波长为 632.80nm ， 1.6cm 2cm ，所以只要取 L 20cm ，就可满足夫琅和费衍射的 远场条件。但实验证明，取 L 50cm ，结果较为理想。 b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律： I 2 (sin u / u) I 0 式中： u ( asin ) / 暗纹条件：由上式知，暗条纹即 I 0 出现在 u ( a sin ) / ， 2 ，… 即暗纹条件为 a sin k ， k 1 ， k 2 ，… 明纹条件：求 I 为极值的各处，即可得出明纹条件。令 d 2 2 (sin u/ u ) 0 du 推得 u tan u 此为超越函数，同图解法求得： u 0 ， 1.43 ， 2.46 ， 3.47 ，… 即 a sin 0 ， 1.43 ， 2.46 ， 3.47 ，… 可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件 asin ( 2k 1) / 2 ， k 1 ，2 ，3，… 只是近似准确的。 单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下： sin 0 1.43 / a 2.46