单缝衍射与光强分布测量.doc

南昌大学物理实验报告学生姓名: 李淑万学号: 5502211037 专业班级: 应用物理 111 班级编号: S008 试验时间: 13:00 第5周星期 1 座位号: 教师编号: 成绩: * 窥天地之奥而达造化之极* 一实验目的 1观察单缝夫琅禾费衍射现象 2学习利用光电元件测量相对光强的实验方法,观察单缝衍射中相对光强分布规律,并测出单缝宽度二实验仪器氦—氖激光器及光源可调单缝硅光电池移动装置数字万用表示波器光具座各种支架三实验原理 1 产生夫琅禾费衍射的实验装置夫琅禾费衍射要求光源和接收屏都距离衍射屏无限远,即入射光和衍射光都是平行光。在实际中,距离无限远是办不到的,下面介绍两种实验室中接收夫琅禾费衍射常采用的装置(1)“焦面接收”装置把光源 S 放在凸透镜 2L 的前焦面上,把接收屏放在凸透镜 2L 的后焦面上,则由几何光学可知, PS, 与狭缝 D 的距离相当于无限远。(2)“远场接收”装置在满足一定条件时候,也可以不用上述两种透镜,而获得夫琅禾费衍射图样。这个条件是: 1衍射屏透光部分线度很小而且离光源很远,即满足: 南昌大学物理实验报告学生姓名: 李淑万学号: 5502211037 专业班级: 应用物理 111 班级编号: S008 试验时间: 13:00 第5周星期 1 座位号: 教师编号: 成绩: * 窥天地之奥而达造化之极* 18 2 2 ???Z a??其中, Z 为D 与接受屏 P 的距离以上所说的两个条件叫做夫琅禾费远场条件 2 夫琅禾费衍射图样规律振幅矢量叠加法定量将缝宽 a划分为N个等宽(a/N) 的狭窄波带设每个波带内能量集中于图 3中所示光线两相邻光线光程差?? sin N a?位相差??????? sin 22N a???每条光线在屏上引起光振动振幅相等即 NAAA?????? 21 用多边形法则进行N个大小相等两两依次相差为??的光振动的叠加如图 3 中所示分振动振幅 2 sin 2 1???RA 合振动振幅 2 sin 2 ??? NRA 两式中消去 R得0???条件2 2 sin 2 2 sin 2 sin 2 sin 111???????????????N N NA NA NAA 10 NA A?即中央明纹中心处振幅南昌大学物理实验报告学生姓名: 李淑万学号: 5502211037 专业班级: 应用物理 111 班级编号: S008 试验时间: 13:00 第5周星期 1 座位号: 教师编号: 成绩: * 窥天地之奥而达造化之极* 当?? N ,N 个相接的矢量将变为一个圆弧( 见图 4)?????2 sin aN????2 sin 2 ???RA p???RA 0 , 即中央明纹中心处振幅南昌大学物理实验报告学生姓名: 李淑万学号: 5502211037 专业班级: 应用物理 111 班级编号: S008 试验时间: 13:00 第5周星期 1 座位号: 教师编号: 成绩: * 窥天地之奥而达造化之极* 2 sin 2/2 sin 2 00?????????? AAA p令??????? sin 222 aNNu????则) sin ( 0u uAA? 20) sin (u uII?式中 210)( NA I?为中央明纹光强理论上计算得出夫琅和费单缝衍射图样的光强分布规律为 2 20 sin u uII???(1) 当0??时,光强具有极大值: 0II??,称为中央主极大当aK/ sin ???)3,2,1(?????K (2) ?Ku?时,0??I ,此时出现暗条纹,与此对应的位置为暗条纹中心。实际上, ?很小,因此( 2)式可以写成 a K???)3,2,1(?????K (2’) 除中央主极大以外,两相邻暗纹之间有一个次级大,这些次级大位置分别在??????aa ??? 46 .2, 43 .1 其相对光强分别为????017 .0,047 .0 0I I ?由数值计算解方程可以得到次极大值位置见图6 在每两个相邻最小值之间有一最大值这些最大值的位置可由超越方程 uu tan ?解得可以用图解法求得u 的值做直线 uy?和正切曲线 uy tan ?它们的交点就是超越方程的解南昌大学物理实验报告学生姓名: 李淑万学号: 5502211037 专业班级: 应用物理 111 班级编号: S008 试验时间: 13:00 第5周星期 1 座位号: 教师编号: 成绩: * 窥天地之奥而达造化之极* 0?u?43 .1 1??u?46 .2 2??u?47 .3 3??u 由此可得分列于中央主最大两边的其他最大值( 称为次最大) 的位置为 aa ???2 343 .1 sin 10????aa ???2 546 .2 sin 20????aa ???2 747 .3 sin 30????