物理实验报告5_测量单缝衍射的光强分布

时间:2024.3.27

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:

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。

    可以对L的取值范围进行估算:实验时,若取,入射光是激光,其波长为632.80nm,,所以只要取,就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验证明,取,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:

式中:                           

    暗纹条件:由上式知,暗条纹即出现在

,…

即暗纹条件为

,…

明纹条件:求为极值的各处,即可得出明纹条件。令

推得                                

此为超越函数,同图解法求得:

,…

即                  ,…

    可见,用菲涅耳波带法求出的明纹条件

,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:

c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽

    由暗纹条件:

    并由图有:

    由于很小,所以

    令(b为两相邻暗纹间距),则

(或为中央明纹半宽度)

    由此可见,条纹间距b正比于L和,反比于缝宽a。由实验曲线测出b(取平均值),即可算出缝宽a。

d. 实验证明,若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝,屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的,故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替,就可完全应用以上的理论和公式。

实验内容和步骤:

    实验主要内容是观察单缝衍射现象,测量单缝衍射的光强分布,并计算出缝宽

    实验中用硅光电池作光强的测量器件。硅光电池能直接变为电能,在一定的光照范围内,光电池的光电流与光照强度成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计,以数字显示来检测光电流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流进行处理,从而将光强以数字显示出来。

    a.按下图接好实验仪器,先目测粗调,使各光学元件同轴等高,要注意将激光器调平;

    b.激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左右,加上本实验采用的是方向性很好,发散角激光作为光源,这样可满足夫琅和费衍射的远场条件,从而可省去单缝前后的透镜。;

    c.点亮激光器,使激光垂直照射于单缝的刀口上,利用小孔屏调好光路,须特别注意的是:观察时不要正对电源,以免灼伤眼睛。

    d.将WJH接上电源开机预热15min,将量程选择开关置I档,衰减旋钮置校准为止(顺时针旋到底,即灵敏度最高)。调节调零旋钮,使数据显示器显示“-000”(负号闪烁)。以后在测量过程中如果数码管显示“999”,此为超量程知识,可将量程调高一档。如果数字显示小于190,且小数点不在第一位时,可将量程减少一档,以充分利用仪器分辨率。

    e. 将小孔屏置于光强测量装置之前,调二维调节架,选择所需的单缝缝宽,观察小孔屏上的衍射花纹,使它由宽变窄及由窄变宽重复几次,一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和变化规律,另一方面调节各元件,使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当,以便测量。这一步是测量效果是否理想的关键。

    f. 移去小孔屏,调整一维光强测量装置,使光电探头中心与激光束高度一致,移动方向与激光束垂直,起始位置适当。

    g. 关掉激光电源,记下本底读数(即初读数)再打开激光电源,开始测量。为消除空程,减小误差,应转动手轮使光电探头单方向移动,即沿衍射图像的展开方向(X轴方向),从左向右或从右向左,每次移动0.200mm,单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。

    h. 在坐标格子上以横轴为距离,纵轴为光强,将记录下来的数值(减去初读数)描绘出来。就得单缝衍射的光强分布图。若以光强最大值除各数值,也可得出单缝衍射的相对光强分布图。

    i. 测出狭缝到硅光电池的距离L,并从光强分布图上测出b(多测几个,取平均值)或,算出狭缝缝宽

    j. 用读数显微镜直接测出缝宽,测5次,取平均值,与衍射测量结果比较,求相对误差。

参数及数据记录:见附表

数据处理:

   

  

中央明纹半宽度为:

则:

思考题:

    1当缝宽增加一倍时,衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变?如缝宽减半,又怎样      改变?

       答:由可知,当a增加一倍时,L、保持不变,b变为原来的1/2,光强              增加,条纹变细。当a减半时,b变为原来的两倍,光强减弱,条纹变宽。

    2激光输出的光强如有变动,对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响?有何影响?

       答:激光输出的光强增大时,衍射图像明纹变亮,光强分布曲线变陡,当输出光强减          弱时,衍射图像明纹变暗,光强分布曲线变平缓。

    4用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径?其原理和方法?

       答:可以,把单缝换成要测量的金属丝,屏上夫琅和费衍射花样和同样宽度的单缝衍射花样的一样,故只需将单缝宽度a换成细丝直径d,则可计算出d。


第二篇:测量单缝衍射的光强分布 预习报告


              实验六   测量单缝衍射的光强分布

一. 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缝宽。

二.实验仪器

导轨、激光器、单缝二维调节架、一维光强测量装置、检流计

三.实验原理

四.实验内容和步骤

实验主要内容是观察单缝衍射现象,测量单缝衍射的光强分布并计算出缝宽a

实验步骤

数据采集与实验操作

五.数据记录及处理

光强度分布曲线

由图形测量缝宽,并计算狭缝的宽度

由狭缝到光电管的距离L=50.00cm, λ=632.8nm, 及测得的b=5.0mm

再由公式a=Lλ/b

得到  a=6.33×10(m)

更多相关推荐:
衍射光强实验报告

单缝衍射光强分布研究教学目的1观察单缝衍射现象加深对衍射理论的理解2学会使用衍射光强实验系统并能用其测定单缝衍射的光强分布3形成实事求是的科学态度和严谨细致的工作作风重点SGS3型衍射光强实验系统的调整和使用难...

[实验报告]单缝衍射的光强分布与缝宽测量

单缝衍射的光强分布与缝宽测量摘要:本文主要介绍了通过观察单缝的夫琅和费衍射现象及其随单缝宽度变化的规律,加深对光的衍射理论的理解。学习光强分布的光电测量方法。利用衍射图案测定单缝的宽度。关键词:单缝衍射;光强分…

实验报告-光衍射相对光强分布

实验报告姓名张少典同组姓名林咏班级F0703028实验日期20xx0310学号5070309061实验成绩指导老师批阅日期光衍射相对光强分布的测量实验目的1掌握在光学平台上组装调整光的衍射实验光路2观察不同衍射...

高斯光束光强分布实验报告

CollegeofEngineeringandScienceGaussianTEM00HeNeLaserModeanditsParametersReportfromalaboratoryexperimentconductedon2...

衍射光强分布的测实验报告

衍射光强分布的测量1008406006物理师范陈开玉摘要为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律本实验设计了基于水平光路的测量方法运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察实验观察到衍射条纹...

大学物理实验报告-测量单缝衍射的光强分布

深圳大学实验报告课程名称实验名称学院物理科学与技术专业指导教师报告人学号实验时间实验报告提交时间1实验目的2实验原理4试验内容与步骤5数据记录本底读数出读数表三6数据处理根据表一描绘出单缝衍射的相对光强分布图根...

实验11 光强分布

实验11光强分布实验中切勿用眼对视激光否则会造成视网膜永久性损伤一实验理论简介光的衍射是光的波动性的一种重要表现当光在传播过程中经过障碍物时如不透明物体的边缘小孔细线狭缝等一部分光会传播到几何阴影中去产生衍射现...

He-Ne激光器的模谱与模分裂实验报告

HeNe激光器的模谱与模分裂实验报告摘要本实验对利用共焦扫描球面干涉仪在示波器上观察了长短两个HeNe激光器模谱在模谱上辨认了自由光谱区并测量了纵横模的频率间隔而后观察了横模的图样又利用频率分裂和模竞争实验激光...

3实验三 单缝衍射光强分布及缝宽测试实验

实验三单缝衍射测缝宽实验一实验目的观察单缝衍射现象及其特点用硅光电池测量单缝衍射的光强分布用单缝衍射的规律计算单缝缝宽二实验原理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...

大物实验3 光学实验 单缝衍射光强分布以及缝宽测定 李六六

一引言光的衍射是光波动性的证明同时衍射现象也有很多的实际应用如测量微小的间隔位移和尺寸等计算衍射要取近似其中夫琅禾费衍射是一种较简单的近似要求光源得到接收屏和衍射屏都是无限远衍射图样为明暗相间的条纹且不随距离的...

[实验报告]磁阻传感器和地磁场的测量

磁阻传感器和地磁场的测量一实验目的掌握磁阻传感器的特性掌握地磁场的测量方法二实验原理物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应对于铁钴镍及其合金等磁性金属当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时电阻几乎不随外加磁场...

电磁场与电磁波实验报告-反射实验和极化波的产生与检测

内蒙古工业大学信息工程学院实验报告课程名称电磁场与电磁波实验名称反射实验和极化波的产生与检测实验类型验证性综合性设计性实验室名称电磁场与电磁波实验室班级电子101班学号20xx1020xx08姓名苏宝组别同组人...

光强分布实验报告(12篇)