1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上得分教師簽名批改日期 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察細(xì)絲夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象。2. 掌握細(xì)絲衍射相對(duì)光強(qiáng)的測(cè)量方法，并求出細(xì)絲直徑。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 夫瑯和費(fèi)衍射 衍射是波動(dòng)光學(xué)的重要特征之一。衍射通常分為兩類(lèi)：一類(lèi)是滿足衍射屏離光源或接收屏的距離為有限遠(yuǎn)的衍射，稱(chēng)為菲涅耳衍射；另一類(lèi)是滿足衍射屏與光源和接收屏的距離都是無(wú)限遠(yuǎn)的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和離開(kāi)衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，稱(chēng)為夫瑯和費(fèi)衍射。菲涅耳衍射解決具體問(wèn)題時(shí)，計(jì)算較為復(fù)雜。而夫瑯和費(fèi)衍射的特點(diǎn)是，只用簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得出準(zhǔn)確的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，夫瑯和費(fèi)衍射用兩個(gè)會(huì)聚透鏡就可以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)用激光器作光

2、源，由于激光器發(fā)散角小，可以認(rèn)為是近似平行光照射在單縫上；其次，細(xì)絲直徑為0.1mm，細(xì)絲距接收屏如果大于1米，縫寬相對(duì)于縫到接收屏的距離足夠小，大致滿足衍射光是平行光的要求，也基本滿足了夫瑯和費(fèi)衍射的條件：IO為中央明紋中心處的光強(qiáng)度，u=pasin/l，a是單縫寬度，f衍射角l為入射波長(zhǎng) 2. 菲涅耳假設(shè)和光強(qiáng)度 物理學(xué)家菲涅耳假設(shè)：波在傳播的過(guò)程中，從同一波陣面上的各點(diǎn)發(fā)出的次波是相干波，經(jīng)傳播而在空間某點(diǎn)相遇時(shí)，產(chǎn)生相干疊加，這就是著名的惠更斯菲涅耳原理。如圖9-1所示，單縫AB所在處的波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波，在空間某點(diǎn)P所引起光振動(dòng)振幅的大小與面元面積成正比，與面元到空間某點(diǎn)的距離成

3、反比，并且隨細(xì)絲平面法線與衍射光的夾角（衍射角）增大而減小，計(jì)算細(xì)絲所在處波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的子波在P點(diǎn)引起光振動(dòng)的總和，就可以得到P點(diǎn)的光強(qiáng)度。可見(jiàn)，空間某點(diǎn)的光強(qiáng)，本質(zhì)上是光波在該點(diǎn)振動(dòng)的總強(qiáng)度。圖9-1 細(xì)絲衍射示意圖 設(shè)細(xì)絲的寬度AB=a，細(xì)絲到接收屏之間的距離是L，衍射角為的光線會(huì)聚到屏上P點(diǎn)，并設(shè)P點(diǎn)到中央明紋中心的距離XK。由圖9-1可知，從A、B出射的光線到P點(diǎn)的光程差為： （9-1）式中，為光軸與衍射光線之間的夾角，叫衍射角。如果子波在P點(diǎn)引起的光振動(dòng)完全相互抵消，光程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍，在P點(diǎn)處將出現(xiàn)暗紋。所以，暗紋形成的條件是：K=±1，±2（9-2）在

4、兩個(gè)第一級(jí)（K=±1）暗紋之間的區(qū)域（-）為中央明紋。由（9-2）式可以看出，當(dāng)光波長(zhǎng)的波長(zhǎng)一定時(shí)，細(xì)絲直徑a愈小，衍射角愈大，在屏上相鄰條紋的間隔也愈大，衍射效果愈顯著。反之，a愈大，各級(jí)條紋衍射角愈小，條紋向中央明紋靠攏。a無(wú)限大，衍射現(xiàn)象消失。3. 細(xì)絲衍射的光強(qiáng)分布 根據(jù)惠更斯菲涅耳原理可以推出，當(dāng)入射光波長(zhǎng)為，細(xì)絲直徑為a時(shí)，單縫夫瑯和費(fèi)衍射的光強(qiáng)分布為： （9-3）式中IO為中央明紋中心處的光強(qiáng)度，u為細(xì)絲邊緣光線與中心光線的相位差。根據(jù)上面的光強(qiáng)公式，可得細(xì)絲衍射的特征如下：(1) 中央明紋，在=0處，u=0 ， ，I=IO ，對(duì)應(yīng)最大光強(qiáng)，稱(chēng)為中央主極大，中央明紋寬度

5、由k=的兩個(gè)暗條紋的衍射角所確定，即中央亮條紋的角寬度為。 (2) 暗紋，當(dāng)u=±k，k=1，2，3即： 或時(shí)有：。且任何兩相鄰暗條紋間的衍射角的差值，即暗條紋是以P0點(diǎn)為中心等間隔左右對(duì)稱(chēng)分布的。圖9-2 細(xì)絲衍射相對(duì)光強(qiáng)分布曲線(3) 次級(jí)明紋，在兩相鄰暗紋間存在次級(jí)明紋。它們的寬度是中央亮條紋寬度的一半。這些亮條紋的光強(qiáng)最大值稱(chēng)為次極大。其角位置依次是， （9-4）把上述的值代入光強(qiáng)公式（9-3）中，可求得各級(jí)次明紋中心的強(qiáng)度為， （9-5）從上面特征可以看出，各級(jí)明紋的光強(qiáng)隨著級(jí)次K的增大而迅速減小，而暗紋的光強(qiáng)亦分布其間，細(xì)絲衍射圖樣的相對(duì)光強(qiáng)分布如圖9-2所示。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)暗

6、紋，設(shè)第k級(jí)暗紋離光軸的距離為，則有： 式中：S為衍射暗條紋間距，L為細(xì)絲到觀察屏的距離，為波長(zhǎng)。 三、實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱(chēng)型號(hào)主要參數(shù)用途750接口CI7650阻抗1 M。最大的有效輸入電壓范圍±10 V連接計(jì)算機(jī)和光傳感器，使光傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)和DataStudioCI6874處理光傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)光傳感器CI650-4A測(cè)量光強(qiáng)，波長(zhǎng)為650nm小型激光器OS8514 發(fā)出激光 轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器CI-6538 測(cè)量角速度、角加速度和角位移，也可測(cè)量速度、加速度和位移 小孔屏 四、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接好裝置，打開(kāi)燈源；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和DataStudio軟件并調(diào)節(jié)好相應(yīng)參數(shù)2、調(diào)節(jié)

7、好裝置，使激光通過(guò)裝置發(fā)生衍射，并在光傳感器上得到衍射圖紋。3、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，測(cè)量不懂級(jí)明紋的光強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)上得到相應(yīng)數(shù)據(jù)三、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理L=86cm光強(qiáng)，通道A 對(duì) 位置，通道1和2，運(yùn)行#4位置，通道1和2 (m)光強(qiáng)，通道A (%最大值)0.02925.782 0.03169.045 這是一種人造纖維的衍射數(shù)據(jù)0.03022.950 0.03173.9280.03022.462 0.03173.7330.03025.880 0.03173.7330.03032.130 0.03175.881 0.03035.548 0.03271.1940.03043.361 0.03262.6

8、970.03149.220 0.03256.6420.03158.303 0.03251.6620.03166.213 0.03245.314 0.03241.115 0.03241.798 0.03243.068 0.03243.068 光強(qiáng)，通道A 對(duì) 位置，通道1和2，運(yùn)行#1位置，通道1和2 (m)光強(qiáng)，通道A (%最大值)0.04112.696 0.043 19.141 0.04450.295 0.04649.2200.04111.914 0.043 19.532 0.04449.318 0.04651.0760.04111.817 0.043 20.118 0.04448.341

9、0.04656.349 0.04112.012 0.04321.876 0.04450.978 0.04658.4000.04212.500 0.04324.708 0.04554.103 0.04654.4940.04213.575 0.04326.173 0.04553.713 0.04647.6580.04214.258 0.04324.219 0.04553.713 0.04642.5790.04214.356 0.04321.876 0.04557.814 0.04641.5050.04214.356 0.04322.559 0.04560.353 0.04642.1890.0421

10、4.356 0.04325.489 0.04559.474 0.04641.3100.04214.649 0.04328.614 0.04556.252 0.04738.7710.04214.649 0.04330.177 0.04557.033 0.04736.1340.04214.551 0.04329.688 0.04563.088 0.04735.2550.04215.040 0.04329.493 0.04566.604 0.04734.7670.04215.723 0.04431.935 0.04563.869 0.04731.0560.04216.211 0.044 37.794 0.04557.326 0.04727.5400.04316.895 0.04443.947 0.04552.443 0.04727.3450.04318.165 0.04446.290 0.04554.396 0.04728.2240.04320.313 0.04444.044 0.04561.916 0.04730.5670.04321.192 0.04441.212 0.04666.408 0.04