10單縫衍射測(cè)波長(zhǎng)136培訓(xùn)講學(xué)

1、精品文檔單縫衍射測(cè)波長(zhǎng)通過單縫衍射實(shí)驗(yàn)， 可具體地觀察到單縫衍射現(xiàn)象， 學(xué)習(xí)利用單縫衍射進(jìn)行光波波長(zhǎng)的測(cè)量，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中掌握 WDY-1 型單縫衍射儀的使用方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解單縫衍射的特點(diǎn)，加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。2.學(xué)會(huì)用單縫衍射儀測(cè)量光波波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)原理及方法如圖 1 所示，通過單縫后的衍射光經(jīng)透鏡L（相當(dāng)于望遠(yuǎn)鏡的物鏡）會(huì)聚屏P 上，在屏上呈現(xiàn)出明暗相間的單縫衍射圖像。圖 1由惠更斯一菲涅耳源理可推得單縫衍射的光強(qiáng)分布II 0sin 2uu2uasin（ 1）式中 a 是單縫的寬度，為衍射光的波長(zhǎng)，為衍射角。當(dāng)=0時(shí)，II 0 ，這是衍射圖像中光強(qiáng)的最大值，稱為中央主極大。當(dāng) sink

2、k , I0 ，出現(xiàn)暗紋。實(shí)，（ k =0 ， 1， 2， 3， ）時(shí)，則 uak際上角很小，所以一般暗紋出現(xiàn)在sin處，因此，中央主極大兩側(cè)暗紋之間的a精品文檔精品文檔角寬度為2，而其它相鄰暗紋之間的角度均為。aa除了中央主極大之外，兩相鄰暗紋之間都有一次極強(qiáng)，計(jì)算得出次極強(qiáng)在下列位置：sin1.43,2.46, 3.47,aaaI=0.047， 0.017， 0.008I 0如圖 2 所示。圖 2在實(shí)驗(yàn)中，一般采用測(cè)量暗紋的中心位置，因?yàn)椋?）暗紋的中心位置易確定2）中央亮紋兩側(cè)暗紋的中心位置呈等距離分布。在圖 1 中 Pk 是第 k 級(jí)暗紋的中心位置，則有sinP0Pkk（ 2）x)2(

3、P0 Pk ) 2a( f在測(cè)量中一般采用測(cè)量+k 與 k 兩級(jí)暗紋的中心位置，令l kPk P k2Pk P0 ，則上式可改寫為l k2k（ 3）2a( fx) 2lk4即alk（ 4）lk22k( fx)24式中 lk 只有焦距 f 的 1%左右， l k2 與 ( fx)2相比更小，可以忽略lk2的影響，則式（ 4）4精品文檔精品文檔可簡(jiǎn)化為如下形式al k（ 5）2k ( fx)測(cè)出單縫寬 a 與中央亮紋對(duì)稱的兩條暗紋的中心們置求得l k，知道衍射級(jí)數(shù)k，望遠(yuǎn)鏡焦距f，由望遠(yuǎn)鏡上讀出聚焦調(diào)節(jié)量(像方截距 )x 值，即可由式（5）算出所測(cè)單色光的波長(zhǎng)。儀器構(gòu)造及使用鈉光燈， WDY 1

4、型單縫衍射儀，讀數(shù)顯微鏡等。圖 3WDY-1 型單縫衍射儀結(jié)構(gòu)圖1單縫2縫寬調(diào)節(jié)螺絲3單縫與望遠(yuǎn)鏡筒的緊固螺絲4讀數(shù)窗5望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦螺旋6測(cè)微手輪7測(cè)微目鏡8望遠(yuǎn)鏡仰角調(diào)節(jié)螺絲9支架及底座WDY 1 型單縫衍射儀結(jié)構(gòu)如圖3 所示，相當(dāng)一個(gè)加裝測(cè)微目鏡的望遠(yuǎn)鏡，可調(diào)單縫套在望遠(yuǎn)鏡物鏡上。如果鈉光燈距物鏡的距離可視為無(wú)限遠(yuǎn)，則單縫衍射圖樣將呈現(xiàn)在物鏡的后焦平面上， 望遠(yuǎn)鏡的目鏡是一個(gè)測(cè)微目鏡，分劃板裝在目鏡的前焦平面上，即單縫衍射圖樣恰好成在分劃板上，借助分劃板上準(zhǔn)線的移動(dòng)可測(cè)出各條紋間的距離。實(shí)際上， 光源不可能放在無(wú)限遠(yuǎn)處，這時(shí)衍射圖樣不能恰好成在分劃板上。若要在分劃板上能看到清晰的衍射圖樣，就

5、必須稍微將物鏡前移一些，前移量x 由讀數(shù)窗中所示位置讀出（x =0 的位置，相當(dāng)于物鏡后焦平面與目鏡前焦平面重合的位置）。讀數(shù)顯微鏡的使用參閱“讀數(shù)顯微鏡及測(cè)量方法簡(jiǎn)介”有關(guān)部分。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.調(diào)節(jié)單縫的寬度，觀察衍射圖樣隨縫寬變化的特點(diǎn)。2.測(cè)量鈉黃光的波長(zhǎng)。3.測(cè)量縫寬。將單縫置于讀數(shù)顯微鏡下測(cè)量單縫兩邊緣的位置a左 、 a右 并計(jì)算。精品文檔精品文檔操作重點(diǎn)及難點(diǎn)望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)1.調(diào)節(jié)目鏡使分劃板上的十字叉絲清晰。2.調(diào)節(jié)單縫方向使之與鈉光燈的光窗縫平行。3.調(diào)節(jié)叉絲方向使其中一根與衍射條紋平行。4.調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡的物鏡，使看到的衍射條紋非常清晰，此時(shí)即可記下x 的值。注意事項(xiàng)lk 與縫寬 a 的測(cè)量都是通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)位置而確定的，并且都是通過測(cè)微手輪實(shí)現(xiàn)測(cè)量的，因此在 lk 與 a 的測(cè)量過程中， 測(cè)微手輪只能朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，每個(gè)測(cè)量的起始位置應(yīng)該在要測(cè)量的兩個(gè)位置之外（例如，要實(shí)現(xiàn)從a左 向 a右 的測(cè)量，起始位置應(yīng)在 a左 的左側(cè)，使得在測(cè)量 a左 位置之前，叉絲就是由左向右移動(dòng)的） 。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，用以驗(yàn)證單縫寬度與中央明紋寬度之間的函數(shù)關(guān)系。預(yù)習(xí)思考題1.為什么在測(cè)量中測(cè)微手輪只能朝一個(gè)