基础物理实验《II》课程讲义实验2.10单缝衍射相对光强分布实验2.10单缝衍射相对光强分布[实验前思考题]1.当缝宽增加一倍时,衍射花样的光强和条纹的宽度将会怎样改变?如缝宽减半。又怎样改变?2.检查光功率计探头是否工作在线性区时,能否用激光光源?[实验目的]1.掌握用光功率计定量测量光强的方法;2.观测直边衍射和单缝衍射条纹的异同;3.观察单缝的夫琅和费衍射现象及测量其相对光强分布;4.由单缝衍射相对光强分布曲线计算狭缝宽度。[仪器用具]编号仪器名称数量主要参数(型号,测量范围,精度)1光学平台2He-Ne激光器3溴钨灯4可调狭缝5白屏6光功率计及探头7一维平移装置8激光器架9透镜架10二维底座(xz)211通用底座2[原理概述]实验2.9观测了圆孔的菲涅尔和夫琅禾费衍射图样,本实验将观测狭缝的衍射图样。1.单缝夫琅和费衍射基础物理实验《II》课程讲义实验2.10单缝衍射相对光强分布单缝夫琅和费衍射如图23所示。光源S置于透镜L1的焦面上,出射后变成平行光束垂直射到宽度为a的狭缝D上。根据惠更斯-菲涅尔原理,狭缝上各点可以看成是新的波源,由这些点向各方发出球面次波,这些次波在透镜L2的后焦面上叠加形成一组明暗相间的条纹。按惠更斯-菲涅尔原理,可以导出屏上任一点Pθ处的光强为:220sinsinsin()()aaIIθπθπθλλ=(12)其中λ为入射光波长,θ为衍射角,0I为P0处的光强,称为主极大。图23单缝夫琅和费衍射光路图根据式(1)可画出单缝衍射的相对光强分布曲线如图24所示。从曲线上可以看出:(1)当0θ=时,光强有最大值0I,称为主极大,大部分能量落在主极大上。(2)当sin/kaθλ=(1,2,3,k=±±±)时,0Iθ=,出现暗条纹。因θ角很小,有sinθθ≈,可近似认为暗条纹在/kaθλ=的位置上。可见,主极大两侧暗纹之间的角距离2/aθλΔ=,其他相邻暗纹之间的角距离均为(/aθλΔ=)。(3)两相邻暗纹之间都有一个次极大,这些极大的位置和相对强度列表如下,可以看到相邻两个次极大之间的距离并不完全相等。由于单缝衍射的图样是一些与狭缝平行的亮暗相间条纹,故可以用测量狭缝配合光电池的测量方法,定量测量衍射条纹的相对光强。极大的级数1sin()aθλ−0/IIθ0(主极大)01第一次极大1.4300.0469第二次极大2.4590.0166第三次极大3.4710.0083第四次极大4.4770.0050图24单缝衍射光强分布图基础物理实验《II》课程讲义实验2.10单缝衍射相对光强分布2.满足夫琅和费衍射的条件实验中,如果采用激光作为光源,则不用图23中的透镜L1和L2也可获得夫琅和费衍射图样。(1)因激光束的发射角很小(1d≈mrad),单缝的宽度a也很小,所以用激光束直接照射狭缝,可认为是平行光入射,可撤去透镜L1。(2)只要接收屏(白屏)与狭缝的距离满足2/81aZλ<<,即可撤去透镜L2,直接在屏上观察到夫琅和费衍射条纹。如图25,P0为衍射角0θ=对应的点。对于夫琅和费衍射,要求狭缝上各点发出的次波到P0时均有相同的光程,这一条件只有把屏移到无穷远才能真正满足。但实验过程中,只要0AP与0OP的差远远小于一个波长λ,就可认近似认为该条件满足,即(��0−��0)=��2+�24−�≪�(13)因�≫�,有��2+�24−�≈��1+�28�2�−�=�28�≪�(14)即:�2(8��)⁄≪1(15)在本实验中,632.8λ=nm或635nm,缝宽0.05mma≈,1mZ≈,可满足式(4)。[安全注意事项](1)警告:本实验中光源采用He-Ne激光器或半导体激光器,实验过程中严禁激光束直射眼睛,有导致失明的可能。(2)实验过程中需将光学平台围避黑色遮光布,将激光束限制在自己的实验桌范围内,以免误射其他学生的眼睛。(3)He-Ne激光器工作过程中导线之间的电压超过1000V,通电后严禁接触激光器电源的输出端。(4)可调狭缝极易损坏,必须在观察屏上观察到光斑或条纹后才能调节狭缝的宽度,否则极易导致狭缝的刀口相碰而损坏。并禁止用手直接接触狭缝的刀口。(5)本实验在光学平台上完成,对防震要求较高,实验过程中动作需轻柔,避免碰撞光学平台。图25激光光源单缝衍射基础物理[实验内1.观(1如不成立(2)在分界线不在几何边衍射(3)逐渐即为单缝2.(理实验《II》课内容及步骤观测直...