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

1、一，引言一，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)衍射是一種較簡單的近似，要求光源得到接收屏和衍射屏都是無限遠(yuǎn)，衍射圖樣為明暗相間的條紋且不隨距離的改變而改變，通過測量光強(qiáng)分布曲線可以得到縫寬等信息。二，實(shí)驗(yàn)原理二，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)透鏡來實(shí)現(xiàn)。如圖2.1，光由寬為a的單縫發(fā)出

2、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：。???????sinasinII??220⑴當(dāng)，即時(shí)，，衍射0??0??0II??光強(qiáng)有最大值，稱為主極大，的亮度取0I決于光源的亮度，并和縫寬a的平方成正比。⑵當(dāng)，也就是???kk321???????時(shí)，，衍射光強(qiáng)有極小值，??ksina?00?I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ak???度，其他相鄰暗紋之間的角寬a??2??度為。a????⑶

3、除中央主極大外，兩相鄰暗紋之間都有一個(gè)次極大，可以求得其次級(jí)大的位置出現(xiàn)在位?a.a.a.sin????473462431????置，其相對(duì)光強(qiáng)依次為。夫瑯禾費(fèi)單縫?0080017004700...II??衍射光強(qiáng)的分布曲線如圖2.2所示。實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二單縫衍射的光強(qiáng)分布和縫寬測定單縫衍射的光強(qiáng)分布和縫寬測定作者：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）【摘要摘要】單縫衍

4、射是光的波動(dòng)性的證明，本實(shí)驗(yàn)通過光電轉(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)化法測量光強(qiáng)分布，并利用衍射圖案測得單縫寬度?！娟P(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】單縫衍射光強(qiáng)分布縫寬光電轉(zhuǎn)化法?39.540.040.541.041.5?2673953101089.1?42.042.543.043.544.0?10.016.43.61.75.9?44.545.045.546.046.5?2.50.42

5、.72.00.3?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40.0039.537.4713.72.53一級(jí)次級(jí)大42.5216.62.5236.085.44.08二級(jí)次級(jí)大44.065.94.061，測量夫瑯禾費(fèi)單縫衍射光強(qiáng)分布用igin處理數(shù)據(jù)，splineco

6、nnected擬合曲線，得到圖像：圖2.3從擬合圖像上來看，主極大的位置在41.5mm左右，與實(shí)際測得的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04700.II??3210.II??較好。2，測量單縫寬度a對(duì)于一級(jí)次極大，，二級(jí)次

7、極大?????sina.??431，，其中?????sina.??462?sinlx??l=60.0cm得：mm.mm..xl.amm.mm..xl.amm.mm..xl.amm.mm..xl.a43212360100646065046246223501008460650462462221010522606504314312200105326065043143154535251??????????????????????????????

8、??則mm.aaii228041????實(shí)驗(yàn)直接測得的縫寬為64.0mm39.5mm=0.245mm相對(duì)誤差為。%.0.245..E9622802450??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)a??2??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1.9