單縫衍射光強(qiáng)分布研究課件

1、1、學(xué)會(huì)學(xué)會(huì)SGS-3SGS-3型衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)整和使型衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)整和使用方法用方法 。2、觀察單縫衍射現(xiàn)象，研究其光強(qiáng)分布，加深、觀察單縫衍射現(xiàn)象，研究其光強(qiáng)分布，加深對(duì)衍射理論的理解對(duì)衍射理論的理解 。難點(diǎn)：難點(diǎn)：1）激光光線(xiàn)與光電儀接收管共軸調(diào)節(jié)；）激光光線(xiàn)與光電儀接收管共軸調(diào)節(jié)；重點(diǎn)：重點(diǎn)：SGS-3SGS-3型衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)整和使用型衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)整和使用 3、學(xué)會(huì)用光電元件測(cè)量單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)分、學(xué)會(huì)用光電元件測(cè)量單縫衍射的相對(duì)光強(qiáng)分布，掌握其分布規(guī)律布，掌握其分布規(guī)律 。2）光傳感器增益度的正確調(diào)整）光傳感器增益度的正確調(diào)整4 4、學(xué)會(huì)用衍射法測(cè)量狹

2、縫的寬度、學(xué)會(huì)用衍射法測(cè)量狹縫的寬度 。 當(dāng)光在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)尺寸可當(dāng)光在傳播過(guò)程中經(jīng)過(guò)尺寸可與波長(zhǎng)相比擬的與波長(zhǎng)相比擬的障障礙物時(shí)，礙物時(shí)，一部分光會(huì)傳播到幾何陰影中去，產(chǎn)生衍射一部分光會(huì)傳播到幾何陰影中去，產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。現(xiàn)象。 在用散射角極小的激光在用散射角極小的激光器器(0.002rad)產(chǎn)生激光束，產(chǎn)生激光束，通過(guò)一條很細(xì)的狹縫，在通過(guò)一條很細(xì)的狹縫，在狹縫后狹縫后大于大于0.5m的地方放的地方放上觀察屏，就可以看到衍上觀察屏，就可以看到衍射條紋，它實(shí)際上就是夫射條紋，它實(shí)際上就是夫瑯禾費(fèi)衍射條紋?，樅藤M(fèi)衍射條紋。（一）（一）單縫衍射的光強(qiáng)分布單縫衍射的光強(qiáng)分布 由理論計(jì)算可得，垂直由

3、理論計(jì)算可得，垂直入射于單縫平面的平行光入射于單縫平面的平行光經(jīng)單縫衍射后光強(qiáng)分布的經(jīng)單縫衍射后光強(qiáng)分布的規(guī)律為：規(guī)律為： 220sinII sind式中，式中， 是狹縫寬度，是狹縫寬度， 是是波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。d 在整個(gè)衍射圖樣中，中央明紋最亮、最寬，稱(chēng)為在整個(gè)衍射圖樣中，中央明紋最亮、最寬，稱(chēng)為中央主極大中央主極大；暗條紋是以光軸為對(duì)稱(chēng)軸，呈等間隔、；暗條紋是以光軸為對(duì)稱(chēng)軸，呈等間隔、左右對(duì)稱(chēng)的分布。左右對(duì)稱(chēng)的分布。 （二）（二）衍射障礙寬度的測(cè)量衍射障礙寬度的測(cè)量 寬度為寬度為 的單縫產(chǎn)生的的單縫產(chǎn)生的夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣 ，其衍，其衍射光路圖滿(mǎn)足近似條件：射光路圖滿(mǎn)足近似條件：

4、dDxsindD 產(chǎn)生暗條紋的條件是：產(chǎn)生暗條紋的條件是： kdsin, 3, 2, 1k則單縫的寬度計(jì)算式為：則單縫的寬度計(jì)算式為： xDkd 是單縫位置到光電池位置的距離，是單縫位置到光電池位置的距離， 是從衍射是從衍射條紋的中心位置到測(cè)量點(diǎn)之間的距離，條紋的中心位置到測(cè)量點(diǎn)之間的距離， Dx（三）光電檢測(cè)（三）光電檢測(cè) 根據(jù)硅光電池的光電根據(jù)硅光電池的光電特性可知，光電流和入射特性可知，光電流和入射光能量成正比，只要工作光能量成正比，只要工作電壓不太小，光電流和工電壓不太小，光電流和工作電壓無(wú)關(guān)，光電特性是作電壓無(wú)關(guān)，光電特性是線(xiàn)性關(guān)系。所以當(dāng)光電池線(xiàn)性關(guān)系。所以當(dāng)光電池與數(shù)字檢流計(jì)構(gòu)成

5、的回路與數(shù)字檢流計(jì)構(gòu)成的回路內(nèi)電阻恒定時(shí)，光電流的內(nèi)電阻恒定時(shí)，光電流的相對(duì)強(qiáng)度就直接表示了光相對(duì)強(qiáng)度就直接表示了光的相對(duì)強(qiáng)度。的相對(duì)強(qiáng)度。 SGS-3SGS-3型衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：激光器、可調(diào)單縫、型衍射光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：激光器、可調(diào)單縫、光傳感器、光電流放大器、白屏、光傳感器、光電流放大器、白屏、1m1m硬鋁導(dǎo)軌。硬鋁導(dǎo)軌。激光器激光器光導(dǎo)軌光導(dǎo)軌白屏白屏可調(diào)單縫可調(diào)單縫數(shù)顯光電流放大器數(shù)顯光電流放大器光電探頭光電探頭光具座光具座可調(diào)狹縫可調(diào)狹縫二維調(diào)節(jié)滑動(dòng)座二維調(diào)節(jié)滑動(dòng)座移動(dòng)測(cè)量架移動(dòng)測(cè)量架光電探頭光電探頭數(shù)顯光電流放大器1 1、準(zhǔn)備工作、準(zhǔn)備工作 開(kāi)啟光電流放大器，預(yù)熱開(kāi)啟光電流放大器，預(yù)

6、熱10102020分鐘。以一維測(cè)分鐘。以一維測(cè)量架上光電探頭的軸線(xiàn)為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)中各量架上光電探頭的軸線(xiàn)為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)中各光學(xué)元件同軸等高。光學(xué)元件同軸等高。 (1) (1)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量架上的百分手輪，將光電探頭調(diào)到適轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量架上的百分手輪，將光電探頭調(diào)到適當(dāng)位置當(dāng)位置 調(diào)到調(diào)到45cm處處百分手輪百分手輪1 1、準(zhǔn)備工作、準(zhǔn)備工作 (2) (2)調(diào)節(jié)激光器水平：調(diào)節(jié)激光器水平：調(diào)節(jié)光靶同軸等高；調(diào)節(jié)光靶同軸等高；沿沿導(dǎo)軌來(lái)回移動(dòng)光靶，調(diào)節(jié)激光器架上的六個(gè)方向控制導(dǎo)軌來(lái)回移動(dòng)光靶，調(diào)節(jié)激光器架上的六個(gè)方向控制手鈕，使得光點(diǎn)始終打在靶心上手鈕，使得光點(diǎn)始終打在靶心上 同軸等高同軸等高激光

7、束通激光束通過(guò)靶心過(guò)靶心1 1、準(zhǔn)備工作、準(zhǔn)備工作 (3) (3)取下光靶，裝上白屏取下光靶，裝上白屏 ：將狹縫放進(jìn)有橫向調(diào)：將狹縫放進(jìn)有橫向調(diào)節(jié)裝置的滑座上，調(diào)整狹縫同軸等高。同時(shí)將狹縫固節(jié)裝置的滑座上，調(diào)整狹縫同軸等高。同時(shí)將狹縫固定在距離光傳感器定在距離光傳感器850mm850mm左右左右 激光束從狹激光束從狹縫中心通過(guò)縫中心通過(guò)刻度線(xiàn)壓刻度線(xiàn)壓在在21cm處處2 2、觀察衍射圖樣、觀察衍射圖樣 白屏放在光傳感器前，觀察衍射圖樣。根據(jù)衍射白屏放在光傳感器前，觀察衍射圖樣。根據(jù)衍射斑的狀況，適當(dāng)調(diào)節(jié)狹縫寬度。致使衍射圖樣清晰，斑的狀況，適當(dāng)調(diào)節(jié)狹縫寬度。致使衍射圖樣清晰，各級(jí)分開(kāi)的距離適中

8、，便于測(cè)量。各級(jí)分開(kāi)的距離適中，便于測(cè)量。 3 3、測(cè)量、測(cè)量 (1) (1)取下白屏，轉(zhuǎn)動(dòng)百分鼓輪，橫向微移測(cè)量架，取下白屏，轉(zhuǎn)動(dòng)百分鼓輪，橫向微移測(cè)量架，使衍射中央主極大進(jìn)入光傳感器接收口，觀察數(shù)顯值。使衍射中央主極大進(jìn)入光傳感器接收口，觀察數(shù)顯值。若數(shù)顯值出現(xiàn)若數(shù)顯值出現(xiàn)1 1，說(shuō)明光能量太強(qiáng)，應(yīng)，說(shuō)明光能量太強(qiáng)，應(yīng) 逆時(shí)針調(diào)節(jié)光電流放大器的增益，建議示值在逆時(shí)針調(diào)節(jié)光電流放大器的增益，建議示值在15001500左右左右 調(diào)節(jié)光傳感器側(cè)面的測(cè)微頭，減小入射面到接調(diào)節(jié)光傳感器側(cè)面的測(cè)微頭，減小入射面到接收面上的能量收面上的能量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)測(cè)微頭，調(diào)節(jié)測(cè)微頭，減小進(jìn)光量減小進(jìn)光量

9、3 3、測(cè)光電管的光電特性、測(cè)光電管的光電特性 (2) (2)按直尺和鼓輪上的讀數(shù)和光電流放大器數(shù)字按直尺和鼓輪上的讀數(shù)和光電流放大器數(shù)字顯示，記下光電探頭位置和相對(duì)光強(qiáng)數(shù)值顯示，記下光電探頭位置和相對(duì)光強(qiáng)數(shù)值 主尺加上百分主尺加上百分手輪讀數(shù)值手輪讀數(shù)值相對(duì)光強(qiáng)值相對(duì)光強(qiáng)值3 3、測(cè)光電管的光電特性、測(cè)光電管的光電特性 (3) (3)在略小于中央主極大處開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)在略小于中央主極大處開(kāi)始記錄數(shù)據(jù) ：選定：選定任意單方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，每轉(zhuǎn)動(dòng)任意單方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.1mm0.1mm，記錄，記錄1 1次數(shù)據(jù)，次數(shù)據(jù)，直到測(cè)完直到測(cè)完0-20-2級(jí)極大和級(jí)極大和1-31-3級(jí)極小為止。級(jí)極小為止

10、。4 4、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 (1) (1)按測(cè)得按測(cè)得的數(shù)據(jù)畫(huà)出相的數(shù)據(jù)畫(huà)出相對(duì)光強(qiáng)對(duì)光強(qiáng) 與被與被測(cè)點(diǎn)到中央主測(cè)點(diǎn)到中央主極大的距離極大的距離 的函數(shù)關(guān)系曲的函數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)線(xiàn) Ix4 4、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理 (2) (2)從圖中找出極大值和極小值的位置，以及從圖中找出極大值和極小值的位置，以及各極大值對(duì)應(yīng)光強(qiáng)值，與理論值算百分誤差比。各極大值對(duì)應(yīng)光強(qiáng)值，與理論值算百分誤差比。 (3) (3)計(jì)算狹縫寬度，與狹縫測(cè)量值算百分誤差計(jì)算狹縫寬度，與狹縫測(cè)量值算百分誤差比。比。 1 1、單面測(cè)微狹縫、單面測(cè)微狹縫不允許超過(guò)零位不允許超過(guò)零位，以保證刃口不被，以保證刃口不被損壞。損壞。 2 2、光傳感

11、器對(duì)光非常敏感，不允許用激光器或其他、光傳感器對(duì)光非常敏感，不允許用激光器或其他強(qiáng)光照射。強(qiáng)光照射。 3 3、激光器電源的、激光器電源的正負(fù)極不允許錯(cuò)接正負(fù)極不允許錯(cuò)接。激光管兩端的。激光管兩端的高壓引線(xiàn)頭千萬(wàn)不要拔出，激光電源空載輸出電壓高壓引線(xiàn)頭千萬(wàn)不要拔出，激光電源空載輸出電壓高達(dá)數(shù)千伏，要高達(dá)數(shù)千伏，要警惕誤觸警惕誤觸。 4 4、激光束光強(qiáng)極高，、激光束光強(qiáng)極高，切勿用眼睛對(duì)視切勿用眼睛對(duì)視，防止視網(wǎng)膜，防止視網(wǎng)膜遭永久性損傷。遭永久性損傷。 5 5、測(cè)量過(guò)程中要、測(cè)量過(guò)程中要防止回程誤差防止回程誤差。即測(cè)量開(kāi)始時(shí)，應(yīng)。即測(cè)量開(kāi)始時(shí)，應(yīng)將百分鼓輪按原方向轉(zhuǎn)幾圈，才開(kāi)始讀數(shù)測(cè)量；測(cè)將百分鼓輪按原方向轉(zhuǎn)幾圈，才開(kāi)始讀數(shù)測(cè)量；測(cè)量過(guò)程中百分鼓輪只能沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，一旦反轉(zhuǎn)，量過(guò)程中百分鼓輪只能沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，一旦反轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)無(wú)效，須重新調(diào)整再開(kāi)始讀數(shù)。數(shù)據(jù)無(wú)效，須重新調(diào)整再開(kāi)始讀數(shù)。6 6、保護(hù)光學(xué)元件的光學(xué)表面，、保護(hù)光學(xué)元件的光學(xué)表面，不得觸摸不得觸摸光學(xué)元件的光學(xué)元件的光學(xué)表面。光學(xué)表面。7 7、實(shí)驗(yàn)完成后，不可調(diào)動(dòng)儀器，要等老師檢查完數(shù)、實(shí)驗(yàn)完成后，不可調(diào)動(dòng)儀器，要等老師檢查完數(shù)據(jù)并認(rèn)可后才能關(guān)機(jī)。據(jù)并認(rèn)可后