单缝衍射光强分布的测量实验报告

单缝衍射光强分布的测量实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 物理实验报告5_测量单缝衍射的光强分布 实验名称:测量单缝衍射的光强分布 实验目的: a(观察单缝衍射现象及其特点; b(测量单缝衍射的光强分布; c(应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽; 实验仪器: 导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WJH型数字式检流计。 实验原理和方法: 光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。 a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域: a2a2 ???或L??? 88L 式中:a为狭缝宽度;L为狭缝与屏之间的距离;?为入射光的 波长。 可以对L的取值范围进行估算:实验时，若取a?1?10m，入射光是He?Ne激光，?4 其波长为632.80nm，a2 ??1.6cm?2cm，所以只要取L?20cm，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。但实验证明，取L?50cm，结果较为理想。 b. 根据惠更斯,费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律: I?(sinu/u)2 I0 式中: u?(?asin?)/? 暗纹条件:由上式知，暗条纹即I?0出现在 u?(?asin?)/????，??2?，? 即暗纹条件为 asin??k?，k??1，k??2，? 明纹条件:求I为极值的各处，即可得出明纹条件。令 d(sin2u/u2)?0 du 推得u?tanu 此为超越函数，同图解法求得: u?0，?1.43?，?2.46?，?3.47?，? 即asin??0，?1.43?，?2.46?，?3.47?，? 可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件 asin??(2k?1)?/2，k?1，2，3，? 只是近似准确的。 单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下: sin? I 0 ?1.43?/a ?2.46?/a ?3.47?/a I0 0.047I0 0.017I0 .0.018I c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽 由暗纹条件:asin??k? 并由图有:Xk?Ltan?k 由于?很小，所以 Xk?L?k?kL?/a 令b?Xk?1?Xk?L?/a(b为两相邻暗纹间距)，则 a?L?/b(或a?L?/X1，X1为中央明纹半宽度) 由此可见，条纹间距b正比于L和?，反比于缝宽a。由实验曲线测出b(取平均值)，即可算出缝宽a。 d. 实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替，就可完全应用以上的理论和公式。 实验内容和步骤: 实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽a。 实验中用硅光电池作光强I的测量器件。硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流i与光照强度I成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电 流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a进行处理，从而将光强I以数字显示出来。 a(按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平; b(激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左右， ?3加上本实验采用的是方向性很好，发散角1?10~1?10?5rad的He?Ne激光作为光源，这 样可满足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜L1和L2。; c(点亮He?Ne激光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是:观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。 d(将WJH接上电源开机预热15min，将量程选择开关置I档，衰减旋钮置校准为止(顺时针旋到底，即灵敏度最高)。调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”(负号闪烁)。以后在测量过程中如果数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调高一档。如果数字显示小于190，且小数点不在第一位时，可将量程减少一档，以充分利用仪器分辨率。 e. 将小孔屏置于光强测量装置之前，调二维调节架，选择所需的单缝缝宽a，观察小孔屏上的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和 变化规律，另一方面调节各元件，使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当，以便测量。这一步是测量效果是否理想的关键。 f. 移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高度一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。 g. 关掉激光电源，记下本底读数(即初读数)再打开激光电源，开始测量。为消除空程，减小误差，应转动手轮使光电探头单方向移动，即沿衍射图像的展开方向(X轴方向)，从左向右或从右向左，每次移动0.200mm，单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。 h. 在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值(减去初读数)描绘出来。就得单缝衍射的光强分布图。若以光强最大值I0除各数值，也可得出单缝衍射的相对光强分布图。 i. 测出狭缝到硅光电池的距离L，并从光强分布图上测出b(多测几个，取平均值)或X1，算出狭缝缝宽a。 j. 用读数显微镜直接测出缝宽，测5次，取平均值，与衍射测量结果比较，求相对误差。 参数及数据记录:见附 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 数据处理: L?50cm?0.05cm?0.5m ??650nm?6.50?10?7m 中央明纹半宽度为: X1?16.200mm?12.800mm?1.700mm?1.7?10?3m 2 0.5m?6.50?10?7m?1.91?10?4m 则:a?L?/X1??31.7?10m 思考题: 2(激光输出的光强如有变动，对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响,有何影响, 答:激光输出的光强增大时，衍射图像明纹变亮，光强分布曲线变陡，当输出光强减 弱时，衍射图像明纹变暗，光强分布曲线变平缓。 4(用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径,其原理和方法, 答:可以，把单缝换成要测量的金属丝，屏上夫琅和费衍射花样和同样宽度的单缝衍1(当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变,如缝宽减半，又怎样改变, 答:由a?L?/b可知，当a增加一倍时，L、?保持不变，b变为原来的1/2，光强 增加，条纹变细。当a减半时，b变为原来的两倍，光强减弱，条纹变宽。 射花样的一样，故只需将单缝宽度a换成细丝直径d，则可计算出d。 篇二:[实验报告]单缝衍射的光强分布与缝宽测量 单缝衍射的光强分布与缝宽测量 摘要: 本文主要介绍了通过观察单缝的夫琅和费衍射现象及其随单缝宽度变化的规律，加深对光的衍射理论的理解。学习光强分布的光电测量方法。利用衍射图案测定单缝的宽度。 关键词:单缝衍射;光强分布 ;光电流;单缝缝宽 The Light intensity distribution of the Single-slit diffraction and the Seam width determination Abstract: The main purpose of the experiment is to observe the single slit Fraunhofer diffraction phenomena and single slit width with change rules, deepen the understanding of light diffraction theory. Learning light intensity distribution of photoelectric measuring method. Diffraction pattern determine the width of the single slot. Key words: Single-slit diffraction;Light intensity distribution; photo-current;the seam width 一、 引言 单缝衍射的基本解释是光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕 过障碍物继续传播。而所谓的夫琅禾费衍射是指光源、衍射屏和 观察屏三者之间都是相距无限远的情况。即当入射光和衍射光都 是平行的情况。其图案是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。与 光轴平行的衍射光束是亮纹的中心，其衍射光强为极大值。除中 央主极大外，两相邻暗纹之间有一次极大。位置离主极大越远， 光强越小。 二、实验原理 夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可借助两个透镜来实 现，如图1所示。与光轴平行的衍射光会聚于屏上Po 处，是中央亮纹的中心，其光强设为lo;与光轴成θ角的衍射光 束会聚于P?处，可以证明, P?处的光强为l? 图1夫琅禾费单缝衍射光路图 ?asin?sin2u u?I??I0 ， (1) ?u2 式中: a为狭缝宽度，λ为单色光的波长。由上式得: (1)当u?0时，衍射光强有最大值。此光强对应屏幕上的P0点，称为主极大。 (2)当u?k? ?k??1,?2,?3....?时，衍射光强有极小值，对应于屏上的暗纹。由于θ值 实际上很小，因此可近似地认为暗纹对应的衍射角为??k?/a。显然，主极大两侧暗纹之间的角宽度为???2?/?，而其他相邻暗纹之间的角宽度为????/?。 (3)除中央主极大外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，由(1)式可求出这些次极大出现在sin???1.43 ? ,?2.46,?3.47,?4.48????处，对应光强依次为aaaa ??? I? ?0.047,0.017,0.008,0.005???? I0 夫琅禾费单缝衍射光强分布曲线如图2所示。 I/I0 (?/a) 图2夫琅禾费单缝衍射光强分布曲线 三、实验内容 本实验使用He-Ne激光作光源，因为He-Ne激光束具有很好的方向性，光束细锐，能量集中，加之一般衍射狭缝宽度很小，故准直透镜L1可忽略不用。若将观察屏放在距单缝较远处，则聚焦透镜L2也可以忽略不用。实验中取单缝到观察屏的距离Z为1.0m左右，单缝宽度a为0.1mm到0.3mm。 1.测量夫琅禾费单缝衍射的光强分布 (1)依次将激光器、单缝、光电池(带有进光小孔)放在光具座上，单缝到观察屏的距离Z取为100.0cm。 (2)开启激光器电源，调节工作电压为5mA，预热30min，使其输出功率稳定。先用纸屏在光电池处观察衍射图样，调节光路使狭缝竖直，衍射图样沿水平方向展开。适当调节缝宽保证光电池移动时能测到?3级亮条纹。检流计使用×0.1档，在中央亮条纹处应有较大的示数。 (3)为使测量准确，先粗略测量?1级亮条纹处光电流是否相等，到中央亮条纹距离是否相等。若不相等，可微调狭缝横向位置和缝宽。 (4)先记录探测器暗电流和背景光引起的电流，以便对测量数据作出修正。旋转测距支架上的测微螺旋，使光电池进光孔从左到右驻点扫描，每隔0.5mm记录一组数据，并注意光强级大、次极大、极小的位置。 (5)根据测量数据，做光电流i/i0(在光电池线性条件下即为I/I0)与位置x的关系曲线， 并与理论结果比较。 2.测量单缝宽度a 由衍射光强分布曲线求单缝宽度a，并与测微目镜测量结果比较。 四、结果与讨论 1. 测量夫琅禾费单缝衍射的光强分布 2. 测量单缝宽度a 由衍射光强分布曲线可找到主极大和?1,?2,?3级次极大 由公式a?k?Z/xk 式中?为单色光波长， Z单缝到光电池距离。 又由已知??650nm ，测量得Z?100.0cm 得到: 故:?0.170mm 用测微目镜测得单缝宽度a?0.176mm 二者相差3.41% 五、结论 夫琅禾费单缝衍射图案是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。与光轴平行的衍射光束是亮纹的中心，其衍射光强为极大值。除中央主极大外，两相邻暗纹之间有一次极大。位置离主极大越远，光强越小。我们可以通过测量各处光电流的大小研究光强的分布，并通过光强分布的信息测量单缝宽度。 参考文献 [1]周殿清，张文炳，冯辉.基础物理实验[M](北京:科学出版社，2009( 篇三:衍射光强分布的测实验报告 衍射光强分布的测量 1008406006 物理师范 陈开玉 摘要:为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律，本实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了基于水平光路的测量方法。运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察。实验观察到衍射条纹随着缝宽变窄而模糊和间距扩大，并且通过仪器对光强图样的位置定位和夫琅禾费光强的公式来计算单缝的缝宽。该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰。 关键词:衍射自动光强记录仪单缝 多缝 一、引言 光的衍射现象是光的波动性的重要表现，并在实际生活中有较多应用，如运用单缝衍射测量物体之间的微小间隔和位移，或者用于(来自:WWw.XieLw.com 写 论 文 网:单缝衍射光强分布的测量实验报告)测量细微物体的尺寸等。本实验 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 通过观察、测量夫琅禾费衍射光强分布，加深对光的衍射现象的理解和掌握。 二、实验原理 1,衍射的定义: 波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象,而光也是波的一种, 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔(窄缝)，绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样 2,光的衍射分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射, 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;而菲涅尔衍射是指光源和观察点距障碍物为有限远的衍射.本实验研究的只 是夫琅禾费衍射.实际实验中只要满足光源与衍射体之间的距离u,衍射体至观察屏之间的距离v都远大于就满足了夫琅禾费衍射的条件,其中a为衍射物的孔径,λ为光源的波长. 3,单缝、单丝衍射原理: 如上图所示，a为单缝宽度，缝和屏之间的距离为v，为衍射角，其在观察屏上的位置为x，x离屏幕中心o的距离为OX=，设光源波长为λ，则有单缝夫琅禾费衍射的光强公式为: 式中是中心处的光强，与缝宽的平方成正比。 若将所成衍射图样的光强画成函数图象在坐标系中，则所成函数图象大致如下 除主极强外，次极强出现在的位置，它们是超越方程的根，其数值为: 对应的值为 当角度很小时，满足，则OX可以近似为 因而我们可以通过得出函数中次级强的峰值的横坐标只差来确定狭缝的宽度a 4，多缝衍射和干涉原理 多缝衍射的示意图如上图，每条缝的宽度为a，两条缝的中心距离为d，其中的每个单缝的衍射光强强度都和之前的单缝衍射光强公式一致。 多缝衍射与单缝的最大区别在于缝之间存在着干涉，如上图所示，对相同的衍射角，相邻两缝之间的光程差为,如果缝的数目为 N，则干涉引起的强度分布因子为: 其中 干涉因子的函数曲线为 干涉因子曲线的特点是: 1， 主极强的位置与缝的数目N无关，只要即满足 就能出现主极强。此时,但 2， 次级强的数目为N-2，当时，，即出现强度为0的点，也就满足: 式中 在同一k之内共有N-1个零点，即有N-2个次级大。同时上式也说明N越大，主极强的角宽度越小，峰越锐。多缝衍射的强度受单缝衍射和多缝干涉共同影响，其强度公式为 其中 其函数图象就是单缝衍射函数图象和干涉因子的函数图象的合成，如下图 三、实验仪器 He-Ne激光器、衍射光强分布记录仪、衍射片(单缝，多缝，圆孔，圆屏)，支柱若干 主要实验仪器如下图 摆放仪器的时候沿一条直线，要求激光的光点正好打在记录仪的横狭缝的正中心，再在中间放上和交换各种衍射片进行实验。 四、实验步骤 1.在光导轨(1.2m)上正确安置好各实验装置，如上图5所示;打开激光器，用小孔屏(白屏，有5mm小孔)调整光路，使激光束与导轨平行。 2.开启检流计，预热5分钟;仔细检查激光器、单缝和一维光强测量装置(千分尺)的底座是否放稳，要求在测量过程中不能有任何晃动;使用一维光强测量装置时注意鼓轮单方向旋转的特性(避免回程误差)。 3.确保激光器的激光垂直照射单缝，将单缝调节到一合适的宽度;由于实验所用激光光束很细，故所得衍射图样是衍射光斑[light spot](依据条件可配一准直系统，如倒置的望远镜，使物镜作为光入射口，将激光扩束成为宽径平行光束，即可产生衍射条纹)。