单缝衍射实验45.doc

实验45 单缝衍射实验
【实验目的】
1．观察和测量单缝衍射图像，巩固衍射概念，加深对光的波动性的理解；
2．测定单色光的波长。
【实验原理】
夫琅和费衍射是指入射光和衍射光都是平行光的衍射。由理论计算可得，单缝衍射的光强分布规律为
…………（3-207）
式中a为狭缝宽度，为入射光波长，为衍射角。由式（3-207）可见
1．当时，根据罗必达法则=1，则I=I0，即中央亮纹处光强最大为I0，称为中央主极大。
2．当时（K=±1，±2，±3……）即时，I0=I，出现暗条纹。由衍射角很小，因此暗条纹出现的条件为
…………（3-208）
3．从式（3-208）可见，当K=±1时，为主极大两侧第一级暗条纹的衍射角。由此决定了中央明条纹的角宽度。
4．从暗条纹公式可以看出，当入射光的波长一定时，衍射角与狭缝宽度a成反比。狭缝a越宽，越小，各衍射条纹向中央收缩。当狭缝宽到一定时，衍射现象消失，光线沿直线传播。
5．从式（3-208）可见，任意两条暗条纹间的角宽度为。即暗条纹是中央明条纹为对称轴等间隔地左右对称分布。实验时，应用实验公式：
（3-209）
式中a为单缝的宽度，m和n分别为中央亮条纹左右两侧的暗条纹极数，I为m级和n级暗条纹之间的距离，L为透镜（物镜）和光屏（物镜焦平面）之间的距离，可从测微望远镜的读数窗读出。对于一定的波长，一定级的衍射角和单缝宽度a成反比，即改变单缝宽度a时，a和1的乘积应保持不变。
因此，我们可以用单缝衍射仪实现：
1．测定单色光的波长；
2．在一定条件下，验证各级条纹之间的距离是否相等；a和1乘积是否保持不变。
【实验仪器】
单缝衍射仪
单缝衍射仪仪器介绍：
主要包括单缝帽套，望远镜和单色光源三部分组成。
实验时单缝帽套套在测微望远镜的物镜前，望远镜安装在底座上，结构如下图3-128：
1．单缝帽套 2．帽套固定手轮
3．单缝缝宽调节手轮 4．测微望远镜筒
5．望远镜调焦手轮 6．L值读数窗口
7．望远镜倾斜角微调螺栓
8．测微目镜头 9．测微目镜固定螺栓
10．测微目镜读数鼓轮 11．测微目镜调焦轮
12．底座 13．高、低固定手轮
单色光源是钠光光源。×10-5cm。钠光灯的灯罩是八面柱体，每面开有一条狭缝，每一条狭缝即为一个光源。光源装在一只落地底座上，高、低可以任意调节。 图3-128 仪器结构图
【实验内容】
1．调节钠光灯的灯罩位置，使狭缝刚好落在钠光灯最亮部位。然后调节光源的高度，使光源上的狭缝和单缝射仪等高。
实验前，光源要预热约10分钟。
2．把单缝衍射仪单缝帽套取下，移动仪器底座，使测微简望远镜正对光源狭缝，并能在测微望远镜中看到狭缝的象，调节测微望远镜俯仰角微调螺栓（7）使象落在测微目镜的中间。如有反射象发生，则使反射象和象重合。再调节微目镜调焦镜（11）使十字叉丝清晰。然后调节单缝衍射仪