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.doc

实验二单缝衍射的光强分布和缝宽测定

作者：李六六2012301020006实验合作者：秦茂森李登极
（武汉大学物理科学与技术学院物基天眷班湖北省武汉市）

【摘要】单缝衍射是光的波动性的证明，本实验通过光电转化法，观察单缝的夫琅禾费衍射的现象以及其随缝宽变化的规律，加深对光的衍射现象的理论的理解，学习光电转化法测量光强分布，并利用衍射图案测得单缝宽度。
【关键词】单缝衍射光强分布缝宽光电转化法

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改变而改变，通过测量光强分布曲线可以得到缝宽等信息。
二，实验原理
夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远，即平行光的衍射。实验中可

图2.1
借助两个透镜来实现。如图2.1，光由宽为a的单缝发出后在屏幕上形成衍射图像，由夫琅禾费衍射，可以得到以下关系式：。
=1\*GB2\*MERGEFORMAT⑴当，即时，，衍射光强有最大值，称为主极大，的亮度取决于光源的亮度，并和缝宽a的平方成正比。
=2\*GB2\*MERGEFORMAT⑵当，也就是时，，衍射光强有极小值，对应于屏幕上的暗纹。由于很小，故，则主极大两侧暗纹之间的角宽度，其他相邻暗纹之间的角宽度为。
=3\*GB2\*MERGEFORMAT⑶除中央主极大外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，可以求得其次级大的位置出现在位置，其相对光强依次为。夫琅禾费单缝衍射光强的分布曲线如图2.2所示。
图2.2
三，实验器材
光具座，半导体激光器（波长650nm),可调单狭缝，光电池及测距支架，光点检流计，投影仪，滤镜。
四，实验内容
1，测量夫琅禾费单缝衍射光强分布
=1\*GB2\*MERGEFORMAT⑴在光具座上一次摆放激光器，滤镜，单缝和光电池；滤镜应距激光器较近，单缝大概位于光具座中间。
=2\*GB2\*MERGEFORMAT⑵打开激光电源，将其发射功率调节到接近最大值；调狭缝呈竖直状态，并使激光通过狭缝后能够刚好入射到光电池管内；同时调节狭缝宽度，使主极大位置光电流数值较大为好。
=3\*GB2\*MERGEFORMAT⑶为使测量准确，应检查衍射图样是否对称，方法是检查光电池两个一级主极大光电流以及距主极大距离是否相等，若不等则进一步微调狭缝横向位置和缝宽。
=4\*GB2\*MERGEFORMAT⑷测量光强分布（激光器点燃半小时后，保证光强稳定）。旋转测距支架上的测微螺旋，使光电池的进光小孔从一边开始逐点扫描，每隔0.5mm记录一次光电流值i,并注意记录主极大，各级次级大和极小值，并注意各种暗电流影响。
=5\*GB2\*MERGEFORMAT⑸作光强分布曲线。
2，测量单缝宽度a
由衍射光强曲线求单缝宽度，并与直接读取的进行比较。
3，调节可变单缝的宽度，观察衍射图样的变化。
实验完毕后，将各仪器的电源断开，光点检流计的倍率转至短路状态。
注意事项
=1\*GB2\*MERGEFORMAT⑴实验应在暗光条件下进行，如果打开实验台位置的照明灯，会对光电流有约为0.1nA的影响，则会对暗纹的检测带来不便。
=2\*GB2\*MERGEFORMAT⑵一定要注意缝宽的调节，会发现缝宽不同时主极大处光电流的读数有非常大的差异，过大或过小都会使主极大峰值测量值相对次极大倍数过小。
=3\*GB2\*MERGEFORMAT⑶不要正对着激光束观察，也不要用手去触摸激光管电极。
五，实验数据及处理
：距离读数：光电流
24.525.025.526.026.50.10.10.00.20.227.027.528.028.529.00.00.20.40.10.229.530.030.531.031.50.50.20.20.80.632.032.533.033.534.00.11.11.30.21.434.535.035.536.036.52.6*0.61.65.4*2.737.037.538.038.539.01.913.4*12.33.676.739.540.040.541.041.5267395*3101089.142.042.543.043.544.010.016.4*3.61.75.9*44.545.045.546.046.52.50.42.7*2.00.347.047.548.048.549.01.72.31.62.22.349.550.050.551.00.90.50.80.3*接近主极大及次级大的光电流值
中央主极大以及次级大位置
位置
光