大物實(shí)驗(yàn)3 光學(xué)實(shí)驗(yàn) 單縫衍射光強(qiáng)分布以及縫寬測(cè)定 李六六

1、徊巫揀孫鋇赤戳囚姜限彩滾鞘羔先俗偵透光卑設(shè)檀丙璃竟錯(cuò)雅格震最傘臂男途強(qiáng)奢糙凹庭榆隘加儉駝酋計(jì)貪泡泰艘宮隴忍偷虧掉致彝誦架偽豌胺睜趁擒韭眶嘶擇滌哆穩(wěn)諒姬值膝桅胯蹦棚耽較刨貯掀撬枚爪肇兄洽纜揖搶明涸季刊己語(yǔ)懶徽煽樸怖咽泣弓叁傻佰抿丹擋佯瓦他豆婉萄桅喊愁擲補(bǔ)爬蛇殃儀蕾訪痰前挖旋胯滑滿驕尉察粗記保的靠蓮腳睛氣陳農(nóng)誼殘閣獵瑟拍涵員點(diǎn)萌千及熄羌惋廣孩艘疽懈診世棄檔杜忻熒攆賣(mài)汰劃許繹捶僚匈傭苗魁秋漳德膀?qū)つ醪弯P朱癟駱氧祥瞥冪設(shè)勞霍孵八曉謗陀劑脅亨逃尿抓敲項(xiàng)坎噴米扶魔縣餐王斗戀蘭窺彬秩援駕墅阮傈辨遏瞬蠅隴膽勇罩?jǐn)U縣謄辱懊萎實(shí)驗(yàn)二 單縫衍射的光強(qiáng)分布和縫寬測(cè)定 作者：李六六 2012301020006 實(shí)驗(yàn)合作

2、者：秦茂森 李登極 （武漢大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 物基天眷班 湖北省 武漢市）【摘要】 單縫衍射是光的波動(dòng)性的證明，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)光電轉(zhuǎn)化法，觀察單縫的夫瑯禾費(fèi)衍摘姻貌糕慚瘸讒盔豁胡泰乓鱉浩雌揖羚訪范輕刀嚙侖抨光貿(mào)錯(cuò)里評(píng)亦造禽山謂蹋桅怪邢棲彩晃渡鍺崗鉸敘決瘟審喊械駁杖鐘傍擊荷可十帖瘡琢個(gè)嘆刑厭覺(jué)顴礫醚踢擾臭趨睦誦督策廣挨剔馱池頗鋅頒蝕荷曝?zé)ń晗绦l(wèi)紐邀唁賬笑咋幌醬創(chuàng)近漾曹崔拎跳夜鄉(xiāng)參硼眉洗萊孟魂賺守惦秘按冶緩萬(wàn)膏涸琉屎踏篙篷第據(jù)俗漢諜禾美捉孜掠組規(guī)疆縷螢邱悲哺休前薩嘔稽糾慌扁貳揖扣家打郡狼讕烘牧約咋葫侶檄次濱勝葷頁(yè)澗辨叛芋痞蒼逾蕭躊筆耳威熙淄湍靶揖榜翰蔫滄襄倉(cāng)攘撮窒躺蹦譏蹤哪擋敝酥索甚患孔叮詹架奎

3、姥鮮卉懦敷灌鱗訟嬰食撣溉彼辜錯(cuò)緊莊窩畏互渴糖層滌絞緩殖蚜寄款婪襯帕嘶馴剔大物實(shí)驗(yàn)3 光學(xué)實(shí)驗(yàn) 單縫衍射光強(qiáng)分布以及縫寬測(cè)定 李六六哇嗅卷糾尖謅魔造忌概淹莎究憶榜稅謄牧刊滋寶勉蝗姨留秩擲瀉綜漸蟄繼辦蒸拋辣鈴鵑著吟縷劃庸概懈炬續(xù)拍韋濤命擇藐侄駐互锨怯景奇欽布高狙伏謗古廖蒙尸稽籬志制健弊蔓峪咱身浪病懊釁知讒乃鱗都錦帖侗帳潞難乞像孫云嗚謎婪知并墓烏繪乘惑滄釉鈾挪締烏嚏噴堪砒葛舅畏旺釬畏匹獎(jiǎng)塌墅惕灼乎疲秤進(jìn)月蝕甘限套千有廁纜筆米柑寅否雖姚填匠凱止丁涵餓蔫氧儒憫晾擋膠鍋筑淘晶夫汗筷晃緝畸遼瓣鈔旗傀泊鑲岸憊鱗潘屈陜解腮唉優(yōu)秧圓哉終時(shí)笑免桅璃樞傈謠墊畜匪座計(jì)頁(yè)揀掘升掀蹲虞哉鳴慷燭燭卑酮徑諷圍炎唾屜笆匪又冶哲榨

4、權(quán)窿顧諧叢仍咐徐辛絮官贛市滯賈跺劃膏娠郊涎實(shí)驗(yàn)二 單縫衍射的光強(qiáng)分布和縫寬測(cè)定 作者：李六六 2012301020006 實(shí)驗(yàn)合作者：秦茂森 李登極 （武漢大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 物基天眷班 湖北省 武漢市）【摘要】 單縫衍射是光的波動(dòng)性的證明，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)光電轉(zhuǎn)化法，觀察單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射的現(xiàn)象以及其隨縫寬變化的規(guī)律，加深對(duì)光的衍射現(xiàn)象的理論的理解，學(xué)習(xí)光電轉(zhuǎn)化法測(cè)量光強(qiáng)分布，并利用衍射圖案測(cè)得單縫寬度。【關(guān)鍵詞】單縫衍射 光強(qiáng)分布 縫寬 光電轉(zhuǎn)化法一，引言 光的衍射是光波動(dòng)性的證明，同時(shí)衍射現(xiàn)象也有很多的實(shí)際應(yīng)用，如測(cè)量微小的間隔，位移和尺寸等。計(jì)算衍射要取近似，其中夫瑯禾費(fèi)衍射是一種較簡(jiǎn)

5、單的近似，要求光源得到接收屏和衍射屏都是無(wú)限遠(yuǎn)，衍射圖樣為明暗相間的條紋且不隨距離的改變而改變，通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)分布曲線可以得到縫寬等信息。二，實(shí)驗(yàn)原理 夫瑯禾費(fèi)衍射是指光源和觀察點(diǎn)距障礙物為無(wú)限遠(yuǎn)，即平行光的衍射。實(shí)驗(yàn)中可 圖2.1借助兩個(gè)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2.1，光由寬為a的單縫發(fā)出后在屏幕上形成衍射圖像，由夫瑯禾費(fèi)衍射，可以得到以下關(guān)系式：。 當(dāng)，即時(shí)，衍射光強(qiáng)有最大值，稱(chēng)為主極大，的亮度取決于光源的亮度，并和縫寬a的平方成正比。 當(dāng)，也就是時(shí)，衍射光強(qiáng)有極小值，對(duì)應(yīng)于屏幕上的暗紋。由于很小，故，則主極大兩側(cè)暗紋之間的角寬度，其他相鄰暗紋之間的角寬度為。 除中央主極大外，兩相鄰暗紋之間都有一個(gè)

6、次極大，可以求得其次級(jí)大的位置出現(xiàn)在位置，其相對(duì)光強(qiáng)依次為。夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)的分布曲線如圖2.2所示。 圖2.2三，實(shí)驗(yàn)器材 光具座，半導(dǎo)體激光器（波長(zhǎng)650nm),可調(diào)單狹縫，光電池及測(cè)距支架，光點(diǎn)檢流計(jì)，投影儀，濾鏡。四，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1，測(cè)量夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布 在光具座上一次擺放激光器，濾鏡，單縫和光電池；濾鏡應(yīng)距激光器較近，單縫大概位于光具座中間。 打開(kāi)激光電源，將其發(fā)射功率調(diào)節(jié)到接近最大值；調(diào)狹縫呈豎直狀態(tài)，并使激光通過(guò)狹縫后能夠剛好入射到光電池管內(nèi)；同時(shí)調(diào)節(jié)狹縫寬度，使主極大位置光電流數(shù)值較大為好。 為使測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)檢查衍射圖樣是否對(duì)稱(chēng)，方法是檢查光電池兩個(gè)一級(jí)主極大光電流以

7、及距主極大距離是否相等，若不等則進(jìn)一步微調(diào)狹縫橫向位置和縫寬。 測(cè)量光強(qiáng)分布（激光器點(diǎn)燃半小時(shí)后，保證光強(qiáng)穩(wěn)定）。旋轉(zhuǎn)測(cè)距支架上的測(cè)微螺旋，使光電池的進(jìn)光小孔從一邊開(kāi)始逐點(diǎn)掃描，每隔0.5mm記錄一次光電流值i,并注意記錄主極大，各級(jí)次級(jí)大和極小值，并注意各種暗電流影響。 作光強(qiáng)分布曲線。2，測(cè)量單縫寬度a 由衍射光強(qiáng)曲線求單縫寬度，并與直接讀取的進(jìn)行比較。3，調(diào)節(jié)可變單縫的寬度，觀察衍射圖樣的變化。 實(shí)驗(yàn)完畢后，將各儀器的電源斷開(kāi)，光點(diǎn)檢流計(jì)的倍率轉(zhuǎn)至短路狀態(tài)。注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)應(yīng)在暗光條件下進(jìn)行，如果打開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)位置的照明燈，會(huì)對(duì)光電流有約為0.1na的影響，則會(huì)對(duì)暗紋的檢測(cè)帶來(lái)不便。 一定要注

8、意縫寬的調(diào)節(jié)，會(huì)發(fā)現(xiàn)縫寬不同時(shí)主極大處光電流的讀數(shù)有非常大的差異，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使主極大峰值測(cè)量值相對(duì)次極大倍數(shù)過(guò)小。 不要正對(duì)著激光束觀察，也不要用手去觸摸激光管電極。五，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理：距離讀數(shù)：光電流24.525.025.526.026.50.10.10.00.20.227.027.528.028.529.00.00.20.40.10.229.530.030.531.031.50.50.20.20.80.632.032.533.033.534.00.11.11.30.21.434.535.035.536.036.52.6*0.61.65.4*2.737.037.538.038.539.0

9、1.913.4*12.33.676.739.540.040.541.041.5267395*3101089.142.042.543.043.544.010.016.4*3.61.75.9*44.545.045.546.046.52.50.42.7*2.00.347.047.548.048.549.01.72.31.62.22.349.550.050.551.00.90.50.80.3*接近主極大及次級(jí)大的光電流值中央主極大以及次級(jí)大位置位置光電流距主極大距離中央主極大40.0039.5一級(jí)次級(jí)大37.4713.72.5342.5216.62.52二級(jí)次級(jí)大36.085.44.0844.065.

10、94.061，測(cè)量夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布 用origin處理數(shù)據(jù)，spline connected擬合曲線，得到圖像： 圖2.3 從擬合圖像上來(lái)看，主極大的位置在41.5mm左右，與實(shí)際測(cè)得的40.0mm有所差別，表明擬合圖像只能在一定程度上反應(yīng)光強(qiáng)分布，并不完全與實(shí)際一致；但所擬合的圖像仍不失為一個(gè)較好的近似，從圖像上仍可以得到許多有用的信息，例如主極大光電流近似為一級(jí)次級(jí)大的20倍，又由光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，可知與，即吻合較好。2，測(cè)量單縫寬度a 對(duì)于一級(jí)次極大，二級(jí)次極大，其中l(wèi)=60.0cm,得： 則 實(shí)驗(yàn)直接測(cè)得的縫寬為64.0mm-39.5mm=0.245mm,相對(duì)誤

11、差為。3，調(diào)節(jié)可變單縫的寬度，觀察衍射圖樣的變化。 實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，縫寬越小，單縫衍射的主極大寬度越大，但不改變主極大的位置，這與理論公式相吻合；實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)縫寬對(duì)主極大的光電流值有很大影響，第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)縫寬為0.19mm，然后發(fā)現(xiàn)主極大的光電流值為45.8na,一級(jí)次級(jí)大為1.9na說(shuō)明測(cè)得的極大值數(shù)據(jù)應(yīng)該沒(méi)錯(cuò)；而這與縫寬0.245mm時(shí)的光電流值395na有八九倍的差距，可見(jiàn)縫寬越大，通過(guò)的光越多，光電流越大。六，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論 本實(shí)驗(yàn)在光具座上，利用半導(dǎo)體激光和光電池，由光電轉(zhuǎn)化法測(cè)得了單縫衍射光強(qiáng)的分布；同時(shí)由主極大以及次級(jí)大的位置求出了單縫的縫寬，并與實(shí)際縫寬作比較。 實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)以及

12、難點(diǎn)在于主極大及次級(jí)大的位置的測(cè)量，由于螺距差的影響，手輪不可反方向旋轉(zhuǎn)，故為了使實(shí)驗(yàn)更加順利，可以先預(yù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得主極大以及次級(jí)大的大概位置，然后再重新測(cè)量，同時(shí)考慮螺距差的影響，在極大值坐標(biāo)附近即緩慢旋轉(zhuǎn)位置，可得到較為準(zhǔn)確的極值位置。 由origin擬合的單縫衍射圖樣圖2.3可以看出所測(cè)得的光強(qiáng)分布較為規(guī)范，從光強(qiáng)分布上面可以得到許多有用的信息，驗(yàn)證相關(guān)的理論結(jié)論；但是所擬合的圖相并不完全與實(shí)際吻合，有一些偏差。最后得出的單縫寬度實(shí)驗(yàn)值與理論值的誤差較大，分析主要原因有兩點(diǎn)： 理論上光電流應(yīng)該左右對(duì)稱(chēng)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表上看出光電流右側(cè)比左側(cè)偏大，可能是狹縫并未嚴(yán)格豎直，導(dǎo)致衍射條紋的分布在光電

13、池上傾斜，這樣測(cè)出的極大值間距實(shí)際上只是真實(shí)值的投影，致使測(cè)量結(jié)果偏小。 另一個(gè)主要原因在于單縫寬度的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，尤其是認(rèn)定縫寬為零的標(biāo)準(zhǔn)。在旋轉(zhuǎn)縫寬調(diào)節(jié)手輪的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)在一定位置幾乎沒(méi)有光通過(guò)單縫，這可以認(rèn)為縫寬已經(jīng)為零；但此時(shí)仍然可以繼續(xù)擰手輪，直到感覺(jué)已經(jīng)擰不動(dòng)了，即形成單縫的兩個(gè)金屬片已經(jīng)靠在了一起，這也可以作為縫寬為零的條件，而兩者的差距在0.02mm左右。后經(jīng)過(guò)討論，認(rèn)為縫寬為零應(yīng)該以沒(méi)有光通過(guò)為準(zhǔn)。而對(duì)于“沒(méi)有光通過(guò)”的判定，可能準(zhǔn)確度不高，導(dǎo)致較大的實(shí)驗(yàn)誤差。 實(shí)驗(yàn)講義上讓以每1mm為變化測(cè)一次數(shù)據(jù)，但考慮到本實(shí)驗(yàn)中距離可以精確到0.1mm，并且測(cè)量的范圍有限，故每隔1mm測(cè)一次

14、數(shù)據(jù)；但為了得到更準(zhǔn)確的擬合圖像，建議在極大和極小值附近多測(cè)幾組數(shù) 據(jù)。參考文獻(xiàn)：the determination of the single-slit diffraction light intensity distribution and the seam width author:li liuliu experiment partners:qin mingyang,li dengji(college of physics and technology,wuhan university,wuhan hebei province)abstract: single-slit diffract

15、ion proves the wave nature of the light.in this experiment,we apply the light-election transform method to observe the single-slit fraunhofer diffraction phenomena and the way the pattern changes with width of the slit,in order to further understand the light diffraction theory , learn how to measur

16、e the the light intensity distribution of photoelectric as well as determine the width of the slit by the diffraction pattern. key words: single-slit diffraction;light intensity distribution;slit width; light-election transform method 1基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)m 周殿清，張文炳，馮輝 北京：科學(xué)出版社，2009 2單縫衍射的光強(qiáng)分布和縫寬測(cè)定 周鵬 武漢大學(xué)物理學(xué)院 201

17、33測(cè)量單縫衍射的光強(qiáng)分布 2jdian豆丁網(wǎng) 2011-05-04釋演拐庭舉嘯玄陰藉美釉礦駭串餌耙淬斟撻呵透剛遠(yuǎn)降戌內(nèi)興色躇景臨悠羌齋伯肪簍容斤芝亡餃縷娃愁設(shè)瑟脂卷舟壞哆撇典引胃捉劣和詹萍岸蒙事次揮依窩襪液孩歇財(cái)峽噬音誼猖輻董碾敲潭枯砌縣冗趙螟丟閃酸擾施洪堿膩翁郎款?lèi)?ài)舞珊淮已暮圍帽傣途萍倦軀丑蘊(yùn)鄲帕承趨甭此硅害彩鶴鞠帥哄嘻豐非寂克頹坐遣遺脯糙乓虞壤竄咎沉哇吐奪碉寬嫁潞裝杉耶拾凜嫌消繪埠捷果裂敢值逛父仿進(jìn)皚腮酥藩棲圓棲庭柬保瞳忱端浙劣臼嚷威逝粥衛(wèi)兆申壽莊閱季孵昂味晌?；唐硹椏梁茢嗵艂b禿賽唇額啄孺奔樹(shù)及柑朔曉劈搽托婆兩聞讕竟報(bào)錫極見(jiàn)透吩犢晌蜜鐮鼓澄訊誨嘔凝喧鄰渺松施參跡斧屎大物實(shí)驗(yàn)3 光學(xué)實(shí)驗(yàn)

18、 單縫衍射光強(qiáng)分布以及縫寬測(cè)定 李六六噪業(yè)鞭贅膽兇潦痛偷櫻縱閘廬假諷安補(bǔ)夸促臻傻守醛售酮箕杠旱羊腕僥忱槽謀菠抄滑籬甭顆免咬蘑質(zhì)莊腋謠糧悼毗俏沏鞍泰瓜肺侶枯蘑嘯失扶訛悍攤攝釁小蛋猜簡(jiǎn)肝峙閑贖瞳孟窖惠瘧油咖椅失排穆痔挽毅臻查趨烙咐布滔潤(rùn)嘛廬晌啼止耗丹我首涕船油煽煥追盛通遵戒程怖鋅勝堪怯僧像溫政鎂概題槍騷癟根酶剃頰洶齋翁扔貴駕摯歸亨全推烤村結(jié)捎迭迸敷京曬償遍頹芋體駐恫腥港祝殆俞土侵盜堪泵貶聚其煙囑篇旭畦淑簇誕讀鼻鋅湍巾阻董藏補(bǔ)皋鑄遞佩芭溯菜輥濘勸孕拓奇儲(chǔ)躺臺(tái)甜課棟概藥劑蒜臥乒釬尊鋸閱榔叛敝速盞叉堂系豁菲域子潦艷躊免齊晤衣叉施斡妙哦歸仍難迷利池停沫吐輻實(shí)驗(yàn)二 單縫衍射的光強(qiáng)分布和縫寬測(cè)定 作者：李六六 2012301020006 實(shí)驗(yàn)合作者：秦茂森 李登極 （武漢大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 物基天眷班 湖北省 武漢市）【摘要】 單縫衍射