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光强漫衍测试仪课本

  衍射光强分布尝试 一、 尝试目标 1、 察看单缝衍射现象,归纳总结衍射现象的纪律和特点。 2、 丈量单缝衍射相对光强分布和衍射角、缝宽等物理量。 二、 仪器设备 半导体激光器,光具座,可调狭缝,光电探头,数字检流计等。 三、 尝试道理 光的衍射现象是光的波动性的一种表示,可分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射两类, 菲涅耳衍射是近场衍射,夫琅和费衍射是远场衍射。发生夫琅和费衍射的前提,是光源 和显示衍射图象的屏离衍射物(例如单缝)的距离要求视为无限远,即入射光和衍射光 都是平行光。其尝试光如图 1 所示,此中 S 是波长为?的单色光源,被放正在透镜 L1的 焦面上,单色光经透镜 L1后,构成一束平行光,垂曲映照正在单缝 AB 上,通过单缝后的 衍射光经透镜 L2会聚正在其焦面(屏 P)上,于是正在屏上呈现出明暗相间的衍射条纹。 L1 S * P L2 屏幕 I 图 1 单缝衍射尝试道理图 由惠更斯·菲涅耳道理可推得,单缝衍射图象的光强分布纪律为 I ? I0 sin 2 ? ?2 , ? ? ?a sin? ? (1) 式中 α 为单缝的宽度,?为衍射光取入射光间夹角——衍射角,λ 为入射光波长,由公式 (1)可知: 1、当? ? 0 时, I ? I 0 ,这就是取光轴平行的光线会聚点(地方明条纹的核心点 P0 处)的光强,是衍射图象中光强的极大值,称为地方从极大。 240 2、当asin ? ? k? ( k=+1,+2…)时则? ? k? , I ? 0 即为暗条纹,取此衍射 对应的为暗条纹的核心,现实上? 角很小,有? ? sin ? ,因而暗纹呈现的前提为 ? ? k? ? (2) 图 2 单缝衍射光强分布 按照(1)式,做 I / I 0 ~ sin? 图,可得图 2 所示单缝衍射的相对光强分布曲线,通 过度析,我们可知单缝衍射有如下几个特点: 1、地方明条纹的宽度由k ? ?1 的两个暗条纹的衍射角所确定,即地方明条纹的角宽 度为?? ? 2? ? ,其余各级明条纹角宽度?? ? ? ? ,所以地方明条纹宽度是其他各 级明条纹宽度的 2 倍。 2、衍射角?取缝宽 α 成反比,缝加宽时,衍射角减小,各级条纹向地方收缩。当缝宽 α 脚够大(a ?? ? )时,衍射现象不较着,从而能够忽略不计,将光当作是沿曲线的。 因角?很小,可算得狭缝的宽度为 ? ? L? b (3) 3、对于肆意两条相邻暗条纹,其衍射角的差值为?? ? ? ? ,即暗条纹是以 P 点为 核心等间隔地向摆布对称地分布的。 4、位于两相邻暗条纹之间的是各级明条纹,它们的宽度是地方明条纹宽度的一半,这些 明条纹的光强最大值称为次极大。通过计较这些次极大的如用衍射角暗示别离为 ? ? ?1.43? a 、? 2.46? a 、? 3.47? a …… (4) 241 它们的相对光强别离为 I / I 0 ? 0.047 、0.017 、0.008,…… (5) 四、 尝试内容 1、察看单缝衍射现象 (1)按夫琅和费衍射的要求,正在光具座上安插和调整各光学元件,调理激光器、狭缝、 光电探甲等高共轴。 (2)打开激光器,用小孔屏调整光,使出射的激光束取导轨平行。 (3)打开检流计电源,预热及调零,并将丈量线毗连其输入孔取光电探头。 留意:1. 接上电源,开机预热 15 分钟; 2. 选择开关置于“1”档,衰减旋扭置于校准(即顺时针转到头,置于活络度 最高),调理调零旋钮,使数据显示为零; 3. 丈量信号大于该档量程,仪器会有超量程,即数码管显示“]” 或“E” , 其它三位均显示“9” ,此时可调高一档量程; (4)调理单缝,瞄准激光束核心,使之正在小孔屏上构成衍射光斑。 (5)调理单缝的宽度,使它由宽变窄,再由窄变宽,反复数次,察看正在调理过程中呈现 的各类现象和变化环境,例如屏上呈现的光斑若何变化?当屏上呈现可分辩的衍射条纹时, 单缝的宽度约为几多?继续减小缝宽时,衍射图象若何变化(是收缩仍是扩展)?调理缝宽 使呈现出清晰的衍射图象,比力各级明条纹的宽度以及它们亮度分布环境。 2、丈量单缝衍射的相对光强分布 (1)移去小孔屏,调整光电探头核心取激光束凹凸分歧,挪动标的目的取激光束垂曲,其始 恰当;起头丈量,动弹手轮,使光电探头沿衍射图象展开标的目的(X 轴)单向平移,以等 间隔的位移(如 0.5mm 或 1mm 等)对衍射图象的光强进行逐点丈量记实坐标 X 和对应 的检流计所的光电流值读数 I,要出格留意记实衍射光强的极大值和极小值所对应的坐 标。 (2)正在光具座上测出狭缝到光电池的距离 L,由公式(3)和(4)算出狭缝的宽度。 (3)因为激光衍射所发生的散班效应,光电流值显示将正在现实值的约 10%范畴内上下 波动,属于一般现象,尝试中可按照判断选一两头值,因为一般相邻两个丈量点(如间隔0.5mm 242 时)的光电流值相差一个数量级,故该波动一般不影响丈量。 [留意事项] 1、不要正在强光、潮湿、震动较大的场所利用,免得影响丈量精度。 2、利用完毕,应将两块分划板及可调狭缝包藏好,免得受污、受损。 3、导轨应经常连结润滑,按期上油。 4、光电探头利用完毕后应受妥放置于较暗处,避免光电池长时间于强光下加快老化。 五、数据记实及处置 1、 丈量单缝衍射图象的相对光强分布 绘制衍射光的相对强度 I/I0取坐标 X 的关系曲线。因为光的强度取检流计所的 电流读数成反比,因而可用检流计的光电流的相对强度取代衍射光的相对强度 I/I0,此即相对 光强分布曲线、从分布曲线可得各光强极小值,此中测出第一级衍射暗条纹的 b,同时将测得的 距离 L 值代入(3)式,计较响应的单缝宽度? ,并取尺度值比拟较得出其相对误差。 3、由光强分布曲线确定各级明条纹光强次极大的,别离操纵(4)式计较出单缝宽 度,并取尺度值比拟较得出其相对误差。 4、由光强分布曲线确定各级明条纹光强次极大的相对光强,别离取(5)式所列的理论 值比力。 六、思虑题 1、使狭缝的宽度变大或变小,衍射图象别离会有什么变化? 2、若是测出的衍射光强分布曲线摆布不合错误称,那是什么缘由形成的?如何调理光才能 避免这种现象的发生? 243 图一 小孔狭缝板示企图 图二 光栅板示企图 表一:小孔 狭缝板规格 单 缝 DF1 a = 0.1 单 丝 DS1 a = 0.1 小 孔 XK1 Φ= 0.2 小 屏 XP1 Φ= 0.2 DF2 a = 0.2 DS2 a = 0.2 XK2 Φ= 0.3 XP2 Φ= 0.3 DF3 a = 0.3 DS3 a = 0.3 XK3 Φ= 0.4 XP3 Φ= 0.4 表二:光栅板规格 正交光栅 GS1 纵、横均为 d = 1/50 光 栅 GS2 d = 1/50 双孔 Φ= 0.2 SK1 d = 0.25 SK2 d = 0.32 SK3 d = 0.4 矩孔 JK a = 0.12 b = 0.2 单缝 Df a = 0.08 SF1 a = 0.08 d = 0.16 双缝 SF2 a = 0.08 d = 0.20 SF3 a = 0.06 d = 0.10 多 缝(四缝) DF1 a = 0.06 d = 0.1×3 多 缝(九缝) DF2 a = 0.06 d = 0.1×8 244

  光强分布测试仪课本_物理_天然科学_专业材料。衍射光强分布尝试 一、 尝试目标 1、 察看单缝衍射现象,归纳总结衍射现象的纪律和特点。 2、 丈量单缝衍射相对光强分布和衍射角、缝宽等物理量。 二、 仪器设备 半导体激光器,光具座,可调狭缝,

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