单缝衍射的实验研究(nh3.7.3).doc

大学物理实验报告 实验名称： 单缝衍射的实验研究 学院：工程学院 专业： 班级： 学号： 姓名： 电话： 实验日期： 年 月 日 第 周 星期 第 节 实验室房间号： 实验组号： 成绩 指导教师 批阅日期 年 月 日 1. 实验目的： 1.观察单缝衍射现象，了解其特性。 2.观察单缝衍射的相对光强分布。 3.利用单缝衍射原理测量细丝宽度。 2. 实验器材： 名称 编号 型号 精度 激光器 衍射镜片 白屏 光导轨 光强测量装置 读数显微镜 电源 3. 实验原理（请用自己的语言简明扼要地叙述，注意原理图需要画出，测试公式需要写明） 粗略地讲,当波遇到障碍物时,它将偏离直线传播,这种现象叫做波的衍射。衍射系统由光源、衍射屏和接收屏幕组成。通常按它们相互间距离的大小,将衍射分为两类:一类是光源和接收屏幕(或两者之一)距离衍射屏有限远,这类衍射叫做菲涅耳衍射;另一类是光源和接收屏幕都距衍射屏无穷远,这类衍射叫做夫琅和费衍射。本实验研究单缝夫琅和费衍射的情形。 如图,将单色线光源s置于透镜L,的前焦面上,则由s发出的光通过L后形成平行光束垂直照射到单缝AB上。根据惠更斯一菲涅耳原理,单缝上每一点都可以看成是向各个方向发射球面子波的新波源,子波在透镜L的后焦面(接收屏)上叠加形成一组平行于单缝的明暗相间的条纹。如图?(b)所示。和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上的P处,是中央亮纹的中心,其光强为I与光轴SP,成0角的衍射光束会聚于P处,?为衍射角,由惠更斯一菲涅耳原理可得其光强分布为 I=I 其中,?b为单缝的宽度,?2为入射单色光波长。 1,当θ=0时,?u=0?,?P处的光强度为I,是衍射图像中光强的最大值,叫主最大。主最大的强度不仅决定于光源的强度,还和缝宽b的平方成正比; 2,当sinθ=kλ/b?(k=±1,?±2,?±3...)时,?u=kΠ?,则有I=0,即出现暗条纹的位置。由于θ值实际上很小,因此暗条纹出现在0skAnb处。由此可见,主最大两侧暗纹之间夹角为Ae-2/b?,而其它相邻暗纹之间夹角为θ=2k/b,即暗条纹以P为中心,等间距地、左右对称地分布。当入射光波长一定时θ与b?成反比,缝宽变大,衍射角变小,各级条纹向中央收缩。当b足够大时(b>>λ),衍射现象不明显。 3.除了主最大以外,两相邻暗纹之间都有一个次最大。 2.细丝直径测量 一般的细丝直径常用电感测微仪或千分尺进行接触法测量,这种方法受测量力的影响很大,即使在测量力较小的情况下,其相对测量误差也是较大的,而且容易引起细丝的弯曲变形。此外,如测力过小,也由于测量不稳定而无法保证测量精度。夫琅和费行射原理,为测量细丝直径提供了新的测量原理和方法。 由前面可知,夫琅和费衍射要求光源和衍射场位于无穷远处,但实际上只要这些距离足够大便可认为符合夫琅和费衍射的条件了,为此,如图所示,设被测细丝为d,相当于狭缝b,由于我们采用激光作为光源,因此其发散角很小,可认为是平行光。 4. 实验内容与步骤 1、?观察夫琅禾费单缝衍射现象 ①在光具座上放置激光器和光电探测器. ②调节激光束与光导轨平行,调节激光器与光电探测器同轴等高。 ③放上狭缝,调节缝面位置,观察到清晰的衍射图样,选择合适的缝宽,待测衍射条纹调节在士10mm范围内。 2、测量单缝衍射光强分布曲线,并做光强曲线分布图 从一侧二级极小位置开始测量衍射光强,要求每隔0.300mm测量一组数据，一直测到另一侧极小位置,整个测量不能改变行进方向,以数据记录在表格中。 5. 实验记录（注意：单位、有效数字、列表） 请粘贴“原始数据模板”照片（有教师盖章） 6. 数据处理及误差分析 7. 思考题及实验小结 若在衍射狭缝到观察屏之间充满折射率微n的透明介质,此时单缝衍射图样与没有介质时时有何区别？ 衍射图样条纹定性上显然仍是明暗分布 改变的是条纹间距 条纹间距的公式中 缝的宽度 和 屏的距离 都与介质无关 唯有波长 会改变 波在真空中的波速V1和折射率为n的透明介质中波速V2关系如下：V1=nV2。又因为频率永远不变 所以条纹间距会变为真空中的1/n倍 以下内容为报告保留内容，请勿填写或删除，否则影响实验成绩 上课时间： 上课地点： 任课教师： 报告得分： 教师留言： 操作得分： 教师留言： 预习得分： 预习情况：