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实验七光的衍射实验
一、实验目的
观察夫朗和费衍射图样及演算单缝衍射公式;
观察夫朗和费圆孔衍射图样;
二、实验原理
平行光通过狭缝时产生的衍射条纹定位于无穷远,称作夫朗和费单缝衍射。它的衍射图样比较简单,便于用菲涅耳半波带法计算各级加强和减弱的位置。
设狭缝AB的宽度为(如图1,其中把缝宽放大了约百倍),入射光波长为λ,
图1
O点是缝宽的中点,OP0是AB面的法线方向。AB波阵面上大量子波发出的平行于该方向的光线经透镜L会聚于P0点,这部分光波因相位相同而得到加强。就AB波阵面均分为AO、BO两个波阵面而言,若从每个波带上对应的子波源发出的子波光线到达P0点时光程差为λ/2,此处的光波因干涉相消成为暗点,屏幕上出现暗条纹。如此讨论,随着角的增大,单缝波面被分为更多个偶数波带时,屏幕上会有另外一些暗条纹出现。若波带数为奇数,则有一些次级子波在屏上别的一些位置相干出现亮条纹。若波带为非整数,则有明暗相间的干涉结果。总之,当衍射光满足:
()
时产生暗条纹;当满足:
()
时产生明条纹。
在使用普通单色光源的情况下(本实验使用钠灯),满足上述原理要求的实验装置一般都需要在衍射狭缝前后各放置一个透镜。但是一种近似的方法也
是可行的,就是使光源和观测屏距衍射缝都处在“远区”位置。用一个长焦距的凸透镜L使狭缝光源SP1成像于观测屏S上(如图2),其中S与SP1的距离稍大于四倍焦距,透镜大致在这个距离中间,在仅靠L安放一个衍射狭缝SP2,屏S上即出现夫朗和费衍射条纹。
图2
设狭缝SP2与观测屏S的距离为b,第k级亮条纹与衍射图样中心的距离为xk则

由于角极小,因而。又因为衍射图样中心位置不易准确测定,所以一般是量出两条同级条纹间的距离2xk。由产生明条纹的公式可知:

由此可见,为了求得入射光波长,须测量,a和b三个量。
三、实验仪器
钠光灯
单面可调狭缝: SZ-22
凸透镜L1: f=50mm
二维调整架: SZ-07
单面可调狭缝: SZ-22
凸透镜L2: f=70mm
二维调整架: SZ-07
测微目镜Le(去掉其物镜头的读数显微镜)
读数显微镜架: SZ-38
滑座: TH70YZ
滑座: TH70Z
滑座: TH70Z
滑座: TH70
四、仪器实物图及原理图
图3 仪器实物图及原理图
五、实验步骤
把钠灯光通过透镜聚焦到单缝上成为缝光源。再把所有器件按图十的顺序摆放在导轨上,调至共轴。其中小孔(φ=1mm)和测微目镜之间的距离必须保证满足远场条件。(图中数据均为参考数据)
调节焦距为70的透镜直至能在测微目镜中看到衍射条纹。如果无条纹,可以调节小孔的大小,直到找到合适的小孔为止。
仔细调节狭缝的宽度,直到目镜视场内的中央条纹两侧各有可见度较好的3,4条亮纹。记录单缝和测微目镜的位置,计算出两者间的距离b。
读出狭缝宽度a,并且记录下来
六、数据处理
为了便于计算波长可以