单缝衍射光强分布实验报告

单缝衍射光强分布

【实验目的】

1.定性观察单缝衍射现象和其特点。

2.学会用光电元件测量单缝衍射光强分布，并且绘制曲线。

【实验仪器】

【实验原理】

光波遇到障碍时，波前受到限制而进入障碍后方的阴影区，称为衍射。衍射分为两类：一类是中场衍射，指光源与观察屏据衍射物为有限远时产生的衍射，称菲涅尔衍射；一类是远场衍射，指光源与接收屏距衍射物相当于无限远时所产生的衍射，叫夫琅禾费衍射，它就是平行光通过障碍的衍射。

夫琅禾费单缝衍射光强word/media/image2.gif;其中word/media/image3.gif；a为缝宽，word/media/image4.gif为衍射角，λ为入射光波长。

上图中word/media/image4.gif为衍射角，a为缝宽。

【实验内容】

（一） 定性观察衍射现象

1.按激光器、衍射板、接收器（屏）的顺序在光节学导轨上放置仪器，调节光路，保证等高共轴。衍射板与接收器的间距不小于1m。

2.观察不同形状衍射物的衍射图样，记录其特点。

（二）测量单缝衍射光强分布曲线

1.选择一个单缝，记录缝宽，测量-2到+2级条纹的光强分布。要求至少测30个数据点。

2.测量缝到屏的距离L。

3.以word/media/image5.gif为横坐标，I/I0为纵坐标绘制曲线，在同一张图中绘出理论曲线，做比较。

【实验步骤】

1.摆好实验仪器，布置光路如下图

顺序为激光器—狭缝—接收器—数字检流计，其中狭缝与出光口的距离不大于10cm，狭缝与接收器的距离不小于1m。

2.调节激光器水平，即可拿一张纸片，对准接收器的中心，记下位置，然后打开激光器，沿导轨移动纸片，使激光器的光点一直打纸片所记位置，即光线打过来的高度要一致。

3.再调节各光学元件等高共轴，先粗调，即用眼睛观察，使得各个元件等高；再细调，用尺子量取它们的高度(狭缝的高度，激光器出光口的高度，接收器的中心)，调节升降旋钮使其等高，随后用一纸片，接到光源发出的光，以其上的光斑位置作为参照，依次移动到各个元件前，调节他们的左右(即调节接收器底座的平移螺杆，狭缝底座的平移螺杆)高低，使光线恰好垂直照到元件的中心。

4.调节狭缝宽度，使光束穿过，可见衍射条纹，调节宽度，使条纹中心亮纹的宽度约为5mm，且使得条纹最亮，而数字检流计的读数最大，经过上述调节后，上述任何一个旋钮的改变都会使读数变小。

5.测量光强，先遮住接收器的光探头，选择合适的档位，并对读数进行调零，(若不能调零，则记下该处误差，在得到实验数据后减去)，若在测量过程中需要换挡，则换挡需要调零。调节接收器底座的平移螺杆，观察检流计的读数，能够观察到第三暗纹的出现，单方向转动手轮，沿x方向每次转动，从左侧第三级暗条纹一直测到右边第三级暗纹，记录光电流大小和坐标位置。

6.记录缝宽和测量缝到光探头的距离。

【注意事项】

(1)缝与接收器间距应满足远场衍射条件。

(2)记录光强时需要固定缝宽。

(3)微电流计选择适当的档位。

(4)不要错过每一级的最亮点与最暗点.

(5)测量过程中接收器要保持只向一个方向移动，避免空转.

(6)注意同时记录光电流值和相应的位置

【实验记录】

一、 定性观察衍射现象

1.细丝衍射

在给定的细丝宽度的条件下,衍射条纹有以下特点:

中间暗条纹随着级数的增大,条纹间距减小（很微弱）,亮度变暗,宽度也同时减小。在细丝宽度减小时,条纹宽度变大,相邻的条纹间距也变大,并且亮度变暗。

2.单缝衍射

　　在变定缝宽的情况下，中间是亮条纹，亮度最大并且条纹最宽，相邻两条纹间距相同，随着条纹级数增大，亮度减小且宽度也减小为中间亮条纹的二分之一。随着缝宽度的增大，条纹宽度减小，亮度增大，间距变小。

二、单缝衍射光强分布曲线

1.实验数据记录

狭缝宽度a：0.476 mm 单缝与接收器的距离L：1396mm

由于衍射角很小，word/media/image7.gif,

2.光强记录(附图)

【数据处理】

(1) 光强分布曲线

(2) 相对误差

(3)误差分析

1.接收屏上的中间亮条纹与置物轨的轴的位置存在细小偏差，可能未完全做到在同一直线上，使得条纹位置与衍射物和接收屏距离之比无法近似衍射角（在衍射角十分小的情况下）。

2.实验仪器的准确度：实验中用于测量光强分布的仪器在选择量程时根据出现最大值选择的合适量程为最大量程200μA；但是因为量程范围不断增大增大，使得小数点后的精确位数减少，在测后几级亮条纹及暗条纹时，由于光强过小，导致测出数据的准确度不高，测得的数据可能不完全准确。

3.在实验室有光的条件下，存在其他杂光的干扰，使得实验数据不够精确。

4．可能还有实验中的一些错误操作，在测量光强分布时，应该从左边第二级明条纹到右边第二条明条纹，在该过程中，转动滚轮的方向发生变化会影响测的数据的准确度。

【总结,反思与讨论】

(1)总结：

1.各级最大值光强不相同，中央最大值的光强最大，其他各级明条纹的最大值都远少于中央明条纹最大值的光强。并且随着级数的增加瞬间减少，第一级的最大值要远远小于中央明条纹的最大值。

(2)反思：

1.在实验开始调光路的时候，应特别注意各个光学元件的等高共轴，在有导轨存在的条件下，应该以导轨作为标准。

2．在最开始的实验过程中，忽略了前提条件即，使中央明条纹在接收屏上的位置和衍射物以及激光源位于同一直线，使得在实验过程中记录的数据出现较大偏差，此时用位相差与衍射物与光探头之间的距离之比近似衍射角是不正确的。

3.在转动手轮测量光电流值时，要合理掌握相邻两组数据的距离间隔，以便节约时间。首先，要找出左边第二级明条纹和与右边第二级明条纹的具体位置，计算它们之间的距离差，在其中取30组数据。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/4aaf1ac7bf1e650e52ea551810a6f524cdbfcb65.html