測定夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)

測定單縫衍射的光強(qiáng)【2】散布【教授教養(yǎng)目標(biāo)】不雅察單縫衍射現(xiàn)象，加深對衍射理論的懂得.會(huì)用光電元件測量單縫衍射的相對光強(qiáng)散布，控制其散布紀(jì)律.學(xué)會(huì)用衍射法測量渺小量.【教授教養(yǎng)重點(diǎn)】夫瑯禾費(fèi)衍射理論夫瑯禾費(fèi)單縫衍射裝配用光電元件測量單縫衍射的相對光強(qiáng)散布，衍射法測量渺小量【教授教養(yǎng)難點(diǎn)】夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光路及光強(qiáng)散布紀(jì)律【課程講解】提問：1.縫寬的變化對衍射條紋有什么影響？夫瑯和費(fèi)衍射應(yīng)相符什么前提？一.試驗(yàn)道理光的衍射現(xiàn)象是光的波動(dòng)性的主要表現(xiàn).依據(jù)光源及不雅察衍射圖象的屏幕（衍射屏）到產(chǎn)生衍射的障礙物的距離不同，分為菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射兩種，前者是光源和衍射屏到衍射物的距離為有限遠(yuǎn)時(shí)的衍射，即所謂近場衍射;后者則為無窮遠(yuǎn)時(shí)的衍射，即所謂遠(yuǎn)場衍射.要實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射，必須保證光源至單縫的距離和單縫到衍射屏的距離均為無窮遠(yuǎn)（或相當(dāng)于無窮遠(yuǎn)），即請求照耀到單縫上的入射光.衍射光都為平行光，屏應(yīng)放到相當(dāng)遠(yuǎn)處，在試驗(yàn)中只用兩個(gè)透鏡即可達(dá)到此請求.試驗(yàn)光路如圖1所示，F(xiàn)圖1夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光路圖與狹縫E垂直的衍射光束會(huì)聚于屏上P0處，是中心明紋的中間，光強(qiáng)最大，設(shè)為I0,與光軸偏向成中角的衍射光束會(huì)聚于屏上PA處,PA的光強(qiáng)由盤算可得：sin2°'廣10 °2（°胃）式中,b為狹縫的寬度，入 為單色光的波長，當(dāng) °=0時(shí)，光強(qiáng)最大，稱為主極大，主極大的強(qiáng)度決議于光強(qiáng)的強(qiáng)度和縫的寬度.入①-Kb（K=±1，±2,土3，...）時(shí),消失暗條紋.除了主極大之外,兩相鄰暗紋之間都有一個(gè)次極大,由數(shù)學(xué)盤算可得消失這些次極大的地位在°=±1.43n,±2.46n,±3.47n,...,這些次極大的相對光強(qiáng)I/I。依次為0.047,0.017,0.008,...圖2夫瑯禾費(fèi)衍射的光強(qiáng)散布夫瑯禾費(fèi)衍射的光強(qiáng)散布如圖2所示.圖3夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的簡化妝置用氦氖激光器作光源，則因?yàn)榧す馐钠蛐院茫芰糠稚?，且縫的寬度b一般很小，如許就可以不用透鏡L1,若不雅察屏（接收器）距離狹縫也較遠(yuǎn)（即D弘遠(yuǎn)于b）則透鏡L2也可以不用，如許夫瑯禾費(fèi)單縫衍射裝配就簡化為圖3,這時(shí)，sin?牝tan?=x/D由上二式可得b=KkD/x二.試驗(yàn)裝配激光器座.半導(dǎo)體激光器.導(dǎo)軌.二維調(diào)節(jié)架.一維光強(qiáng)測試裝配.分劃板.可調(diào)狹縫.平行光管.起偏檢偏裝配.光電探頭 .小孔屏.數(shù)字式檢流計(jì).專用測量線等.按測量一維光強(qiáng)散布和測量偏振光光強(qiáng)散布兩種方法可組成兩種裝配，分離見圖4和圖5.圖4衍射.干預(yù)等一維光強(qiáng)散布的測試1.激光電源 2.激光器3.單縫或雙縫等及二維調(diào)節(jié)架4.小孔屏 5.導(dǎo)軌6.光電探頭7.一維光強(qiáng)測量裝配 8.WJF型數(shù)字式檢流計(jì)圖5測量偏振光光強(qiáng)1.激光電源 2.激光器 3.擴(kuò)束鏡及平行光管4.起偏檢偏裝配5.光電探頭6.WJF型數(shù)字式檢流計(jì)三.試驗(yàn)步驟接上電源（請求交換穩(wěn)壓220V±11V,頻率50HZ輸出），開機(jī)預(yù)熱15分鐘；2.量程選擇開關(guān)置于“1”檔，衰減旋鈕置于校準(zhǔn)地位（即順時(shí)針轉(zhuǎn)到頭，置于敏銳度最高地位），調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕，使數(shù)據(jù)顯示為一.000（負(fù)號閃耀）；3.選擇恰當(dāng)量程，接上測量線（線芯接負(fù)端，屏障層接正端，如若接反,會(huì)顯示“一”），即可測量微電流；4.假如被測旌旗燈號大于該檔量程,儀器會(huì)有超量程指導(dǎo)，即數(shù)碼管顯示“]”或“E”，其他三位均顯示“9”，此時(shí)可調(diào)高一檔量程（當(dāng)旌旗燈號大于最高量程，即2X10-4A時(shí),應(yīng)換用其他內(nèi)心測量）；5.當(dāng)數(shù)字顯示小于190，小數(shù)點(diǎn)不在第一位時(shí)，一般應(yīng)將量程減小一檔,以充分應(yīng)用儀器的分離率;6.衰減旋鈕用于測量相對值，只有在旋鈕置于校準(zhǔn)地位（順時(shí)針到底）時(shí),數(shù)顯窗才指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)電流值；7.測量進(jìn)程中,須要將某數(shù)值保留下來時(shí),可開保持開關(guān)（指導(dǎo)燈亮），此時(shí)，無論被測旌旗燈號若何變化,前一數(shù)值保持不變.（一）衍射.干預(yù)等一維光強(qiáng)散布的測試1、 按圖4搭好試驗(yàn)裝配.此前應(yīng)將激光管裝入儀器的激光器座上（本儀器不包含激光器需另行購買），并接好電源；2、 打開激光器，用小孔屏調(diào)劑光路，使出射的激光束與導(dǎo)軌平行；3、 打開檢流計(jì)電源，預(yù)熱及調(diào)零，并將測量線銜接其輸入孔與光電探頭；4、 調(diào)節(jié)二維調(diào)節(jié)架，選擇所須要的單縫.雙縫?可調(diào)狹縫等，瞄準(zhǔn)激光束中間，使之在小孔屏上形成優(yōu)越的衍射光斑；5、 移去小孔屏，調(diào)劑一維光強(qiáng)測量裝配,使光電探頭中間與激光束高下一致，移動(dòng)偏向與激光束垂直，肇端地位恰當(dāng)；6、 開端測量，轉(zhuǎn)著手輪，使光電探頭沿衍射圖樣睜開偏向（x軸）單向平移，以等距離的位移（如0.5mm或1mm等）對衍射圖樣的光強(qiáng)進(jìn)行逐點(diǎn)測量,記載地位坐標(biāo)x和對應(yīng)的檢流計(jì)（置恰當(dāng)量程）所指導(dǎo)的光電流值讀數(shù)1,要特殊留意衍射光強(qiáng)的極大值和微小值所對應(yīng)的坐標(biāo)的測量；7、 繪制衍射光的相對強(qiáng)度I/I0與地位坐標(biāo)x的關(guān)系曲線.因?yàn)楣獾膹?qiáng)度與檢流計(jì)所指導(dǎo)的電流讀數(shù)成正比，是以可用檢流計(jì)的光電流的相對強(qiáng)度訪0代替衍射光的相對強(qiáng)度I/I0.因?yàn)榧す庋苌渌a(chǎn)生的散斑效應(yīng)，光電流值顯示將在時(shí)示值的約10%規(guī)模內(nèi)高低波動(dòng),屬正?，F(xiàn)象，試驗(yàn)中可依據(jù)斷定選一中心值，因?yàn)橐话阆噜弮蓚€(gè)測量點(diǎn)（如距離為0.5mm時(shí)）的光電流值相差一個(gè)數(shù)目級,故該波動(dòng)一般不影響測量.8、 在坐標(biāo)紙上以橫軸為測量裝配的移動(dòng)距離，縱軸為光電流值,將記載下來的數(shù)據(jù)繪制出來，就第5頁，-共7頁是單縫衍射光強(qiáng)散布圖.最后將各次極大相對光強(qiáng)與理論值進(jìn)行比較，剖析產(chǎn)生誤差的原因.（二） 測量單縫的寬度測量單縫到光電池的距離D,用卷尺測取響應(yīng)移動(dòng)座間的距離即可；再從前一步驟中所得的散布曲線可得各級衍射暗條紋到明條紋中間的距離xk,求出同級距離乂^的平均值x”將和D值代入公式，盤算出單縫寬度，用不同級數(shù)的成果盤算平均值.kk（三） 不雅察偏振光現(xiàn)象按圖4搭好試驗(yàn)裝配；同（一），打開激光電源，調(diào)好光路，使在平行光管后的小孔屏上可見一較平均圓光斑；同（一），打開檢流計(jì)，預(yù)熱及調(diào)零；旋去光電探頭前的遮光筒，把探頭旋接在起檢偏裝配上，然后連好測量線；將起偏檢偏器置于平行光管后并緊帖平行光管，使光斑完整入射起檢偏器；遷移轉(zhuǎn)變刻度手輪（連起偏器），在檢流計(jì)上不雅察光強(qiáng)變化,以驗(yàn)證馬呂斯定律.置起偏器讀數(shù)鼓輪于“0”地位，開端測量.遷移轉(zhuǎn)變分度盤（連檢偏器）20或40，從檢流計(jì)（置恰當(dāng)量程）上讀取一個(gè)數(shù)值,逐點(diǎn)記載下來，測量一周；用方格紙或坐標(biāo)紙將記載下來的數(shù)值描寫出來就是偏振光試驗(yàn)的光強(qiáng)變化圖；在遷移轉(zhuǎn)變刻度盤（連起偏器）一周的進(jìn)程中，可找到兩個(gè)地位,在檢流計(jì)上的讀數(shù)為0時(shí),出射光強(qiáng)為零，此現(xiàn)象為消光現(xiàn)象，但因?yàn)殡s散光或偏振片不完整幻想等身分,無法得到完整的消光后果，所以一般情形下，可在檢流計(jì)上讀出接近于零的最小讀數(shù).正常時(shí)，起?檢偏器的夾角為90°或2700.（四） 驗(yàn)證馬呂斯定律當(dāng)兩偏振片相對遷移轉(zhuǎn)變時(shí)，透射光強(qiáng)就跟著兩偏振片的透光軸的夾角而轉(zhuǎn)變.假如偏振片是幻想的，當(dāng)它們的透光軸互相垂直時(shí)，透射光強(qiáng)應(yīng)為零;當(dāng)夾角0為其他值時(shí)，透射光強(qiáng)I為：上式稱為馬呂斯定律;式中I0是兩光軸平行（0=0）時(shí)的透射光強(qiáng).按照（三）步驟記載下來的起偏器不同地位（即起.檢偏器的夾角不同時(shí)）的光電流值進(jìn)行盤算，應(yīng)根本相符馬呂斯定律.【數(shù)據(jù)記載及數(shù)據(jù)處理】學(xué)生本身設(shè)計(jì)表格，記載數(shù)據(jù)；拔取中心最大光強(qiáng)處為軸坐標(biāo)原點(diǎn)，把測得的數(shù)據(jù)作歸一化處理.即把在不同地位上測得的檢流計(jì)光強(qiáng)讀數(shù)I除以中心最大的光強(qiáng)讀數(shù)I0，然后在毫米方格（坐標(biāo)）紙上做出I/I0~x衍射相對光強(qiáng)散布曲線【思慮題】硅光電池前的狹縫光闌的寬度對試驗(yàn)成果有什么影響？2.若在單縫到不雅察屏的空間區(qū)域內(nèi)，充滿著折射率為n的某種透明媒質(zhì),