《大学物理实验》课程教学课件（PPT讲稿）光学——单缝衍射的相对光强分布

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Inner Mongolia University of Science and Technology

Jnner Mangolia Vniversity o Science and Jechnology>一、实验目的目录二、实验装置三、实验原理四、实验内容>五、数据处理

Inner Mongolia University of Science and Technology ➢一、实验目的 ➢二、实验装置 ➢三、实验原理 ➢四、实验内容 ➢五、数据处理 目 录

Jnner Mangolia Vniersity o Science and Sechnology1：观察单缝衍射现象，加深对衍射理一实验目的论的理解：2.会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法

Inner Mongolia University of Science and Technology 一 实 验 目 的 １．观察单缝衍射现象，加深对衍射理 论的理解； ２．会用光电元件测量单缝衍射的相对 光强分布，掌握其分布规律； 光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不 仅有助于加深对光本质的理解，而且能为进一步学好近代光学 技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测 量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测 量的常用方法

Jnner Mangalia niversity of Science and Sechnology二一实验装置1一激光器，2单缝，3光导轨，4一小孔屏，5光电探头6一维测量装置，7数字检流计

Inner Mongolia University of Science and Technology 二 实 验 装 置 1 2 3 4 5 6 7 1—激光器，2—单缝，3—光导轨，4—小孔屏，5—光电探头， 6—一维测量装置，7—数字检流计

Jnner Mangolia University of Science and Sechnology数字检流计量程分为四档，用以测量不同的光强范围，使用前应先预热5分钟。一实验装置先将量程选择开关置于“1”档，“衰减”旋钮置于校准位置（即顺时针转到头，置于灵敏度最高位置），调节“调零”旋钮，使数据显示为“-.000”（负号闪烁）。如果被测信号大于该档量程，，此时可调高一档量程：当数字显示小数点不在第一位时，一般应将量程减小一档，以充分利用仪器的分辨率。由手激光衍射所产生的散斑效应，光电流值显示将在时示值的约10%范围内上下波动，属正常现象，实验中可根据判断选一中间值

Inner Mongolia University of Science and Technology 二 实 验 装 置 数字检流计 量程分为四档，用以测量不同的光强范围，使用前应先 预热5分钟。 先将量程选择开关置于“1” 档，“衰减”旋钮置于校准 位置（即顺时针转到头，置于灵敏度最高位置），调节 “调零”旋钮，使数据显示为“-.000”（负号闪烁）。 如果被测信号大于该档量程，此时可调高一档量程； 当数字显示小数点不在第一位时，一般应将量程减小一 档，以充分利用仪器的分辨率。 由于激光衍射所产生的散斑效应，光电流值显示将在时 示值的约10%范围内上下波动，属正常现象，实验中可 根据判断选一中间值

Jnner Mangalia Vniersity o Scienceand Sechnology光电检测当在小孔屏位置处放上硅光电池和一维光强读数装置，与数字检流一实验装置计（也称光点检流计）相连的硅光电池可沿衍射展开方向移动，那么数字检流计所显示出来的光电流的大小就与落在硅光电池上的光强成正比。如图4所示的实验装置。根据硅光电池的光电特性可知，光电流和入射光能量成正比，只要工作电压不太小，光电流和工作电压无关，光电特性是线性关系：所以当光电池与数字检流计构成的回路内电阻恒定时，光电流的相对强度就直接表示了光的相对强度。由于硅光电池的受光面积较大，而实际要求测出各个点位置处的光强，所以在硅光电池前装一细缝光栏（0.5mm），用以控制受光面积，并把硅光电池装在带有螺旋测微装置的底座上，可沿横向方向移动，这就相当于改变了衍射角

Inner Mongolia University of Science and Technology 二 实 验 装 置 光电检测 当在小孔屏位置处放上硅光电池和一维光强读数装置，与数字检流 计（也称光点检流计）相连的硅光电池可沿衍射展开方向移动，那 么数字检流计所显示出来的光电流的大小就与落在硅光电池上的光 强成正比。如图4所示的实验装置。根据硅光电池的光电特性可知， 光电流和入射光能量成正比，只要工作电压不太小，光电流和工作 电压无关，光电特性是线性关系；所以当光电池与数字检流计构成 的回路内电阻恒定时，光电流的相对强度就直接表示了光的相对强 度。 由于硅光电池的受光面积较大，而实际要求测出各个点位置处的光 强，所以在硅光电池前装一细缝光栏(0.5mm)，用以控制受光面 积，并把硅光电池装在带有螺旋测微装置的底座上，可沿横向方向 移动，这就相当于改变了衍射角

Jnner Mangalia Vniversity of Science and Fechnology光在传播过程中遇到障碍物光波会绕过障碍物继续传播如果波长与障碍物相当，三实验原理衍射现象最明显惠更斯原理一介质中波动传播到的各点，都可看成是发射子波的新波源，在以后的任何时刻这些子波的包迹就是新的波阵面菲涅耳在惠更斯原理基础上加以补充，给出了关于位相和振幅的定量描述，提出子波相干叠加的概念

Inner Mongolia University of Science and Technology 三 实 验 原 理 光在传播过程中遇到障碍物， 光波会绕过障碍物继续传播。 如果波长与障碍物相当， 衍射现象最明显。 惠更斯原理-介质中波动传播到的各点，都可 看成是发射子波的新波源，在以后的任何时刻， 这些子波的包迹就是新的波阵面。 菲涅耳在惠更斯原理基础上加以补充，给出了关 于位相和振幅的定量描述，提出子波相干叠加的概念

Jnner Mangalia niversity al Science and Sechnalagy2.夫琅费单缝衍射三实验原理AaBPL当衍射角@=0时，所有衍射光线从缝面AB到会聚点0都经历了相同的光程，因而它是同位相的振动。在O点合振动的振幅等于所有这些衍射线在该点引起的振动振幅之和，振幅最大，强度最大。O点呈现明纹，因处于屏中央，称为中央明纹

Inner Mongolia University of Science and Technology 当衍射角=0时，所有衍射光线从缝面AB到会聚点0都经历了相 同的光程，因而它是同位相的振动。 在O点合振动的振幅等于所有 这些衍射线在该点引起的振动振幅之和，振幅最大，强度最大。 O点 呈现明纹，因处于屏中央，称为中央明纹。 f L o  B A P a  2.夫琅禾费单缝衍射 I 三 实 验 原 理

Jnner Mangalia niversity al Science and echnalogyAC在其它位置：00设一束衍射光会聚a三实验原理1在在屏幕上某点Px它距屏幕中心点为X，对应该点的B衍射角为。过B点PL作这束光的同相面BC,由同相面AB发出的子波到P点的光程差，仅仅产生在由AB面转向BC面的路程之间。A点发出的子波比B点发出的子波多走了AC=asin的光程

Inner Mongolia University of Science and Technology   x  C L P f o B A a 在其它位置：  设一束衍射光会聚 在在屏幕上某点 P ， 它距屏幕中心 o 点 为 x，对应该点的 衍射角为 。过B点 作这束光的同相面 BC， 由同相面AB发出的子波到P点的光程差，仅仅产生在由AB 面转向BC面的路程之间。 A点发出的子波比B点发出的子波多走了AC=asin 的光程。 三 实 验 原 理

Jnner Mangolia Vniersity o Science and Sechnology（1）暗纹位置kaf2f3x=十=±2三实验原理aa21两条，对称分布屏幕中央两侧。其它各级1暗纹也两条，对称分布I明纹位置(2)1132f2f2x=±(2k+1)=十X2-2a32a其它各级明两条，对称分布屏幕中央两侧。纹也两条，对称分布

Inner Mongolia University of Science and Technology （1）暗纹位置 a f x  1 =  两条，对称分布屏幕中央两侧。其它各级 暗纹也两条，对称分布。 a k f x  =  （2） 明纹位置 a f x 2 3 1  =  两条，对称分布屏幕中央两侧。其它各级明 纹也两条，对称分布。 a f x k 2 2 1  = （ + ） 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 I 三 实 验 原 理