PASCO物理实验报告(基础实验五单缝衍射).doc

单缝衍射 一、实验目的 1．通过对激光经过单缝形成的衍射图案的研究了解光的波动性。 2．检测激光通过单缝形成的衍射图案，表征衍射条纹的极小位置与理论预见的一致。 3．对在物理量的测量中如何使用计算机控制实时测量系统有初步的掌握。 二、实验原理 当光通过一狭缝时会产生衍射光，衍射图样中的极小值对应的角度由下式给出： 这里a表示缝宽，θ表示图样中心到第m级极小间的夹角，λ表示光的波长，m表示级次（从中心向外数，1对应第一级极小，2对应第二级极小，…），见图.1.1。通常因为角度较小，可以假设 根据三角关系 这里y 表示在屏上从图样中心到第m级极小间的距离，D表示从狭缝到屏的距离，如图所示。所以可由衍射方程解出缝宽： 三、实验仪器 科学工作站接口、计算机、光传感器、转动运动传感器及一维运动附件、光具座及屏、二极管激光器、单缝圆盘、白纸（贴屏用）、米尺 四、实验步骤 把激光器安装在光具座的一端，把装有单缝圆盘的支架置于激光器前3cm处。 将光传感器置于一维运动附件末端的夹子上，并光传感器使与一维运动附件互相垂直。 将一维运动附件插入转动运动传感器的插槽中，并将它们置于光具座另一端的支架上。 打开激光器，调节激光器与单缝衍射屏的位置，使激光通过单缝得到清晰的衍射图。（注意：用一张贴白纸的屏作为临时接收屏来观察衍射斑） 调节光传感器与干涉花样的高度相同，并使之在线性运动附件上运动时保持水平。 将科学工作站500型接口连接到计算机上，打开接口和计算机电源。 把光传感器的DIN插头连接到接口上的模拟通道A，把旋转运动传感器的立体声插头连接到接口的数字通道1和2口。 打开DataStudio,选500型接口进行初始化和各项参数设置，准备作光强随位置变化的曲线图（DataStudio的使用，详见附录）。 二、单缝衍射的观察与测量 测量狭缝到屏的距离（注意：狭缝实际上是偏离狭缝支架中心的）。记录屏位置、狭缝位置及其差值（狭缝到屏的距离）于表1.1中。 选择0.04mm单缝，旋转狭缝圆盘，使0.04mm单缝位于其支架中心。上下左右调整激光束位置，使光位于狭缝中心。 单击“Start”开始采集数据 缓慢、平稳地移动一维运动附件，使衍射斑光强的极大值依次难过光传感器的末端 整个干涉图测完后，单击“Stop”停止采集数据，光强随位置变化的曲线图。 改变缝宽为0.02mm和0.08mm，重复2——5步，得到光强随位置变化的曲线图五 五、数据记录 0.02mm单缝： 0.04mm单缝： 0.08mm单缝： 六、数据分析 用同级次条纹间的距离除以2，求得从图样中心到第一级和第二级极小的距离，记录于表1.1中。 用激光波长的平均值（二极管激光器辐射波长为670nm），计算两次缝宽，第一次用第一级，第二次用第二级，并在表1.1中记下这个结果。 3、计算实验缝宽与0.08mm间的百分误差。并记录于表1.1中。 表1.1 0.08mm单缝的测量数据与结果 狭缝到屏的距离（D）= 0.983m 第一级（m=1） 第二级（m=2） 同级次条纹间距 0.018m 0.034m 条纹到中心的距离 (y) 0.009m 0.017m 计算缝宽 0.073mm 0.077mm 相对不确定度 8.75% 3.75% 七、误差分析 1、仪器本身精度的限制影响实验误差 2、测量距离时读数不准给实验带来误差 3、计算结果存在近似取值给实验带来误差