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...
