应用计算机测定单缝衍射的光强分布

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1、应用计算机测定单缝衍射 的光强分布 由此确定缝宽 *1 实验原理及背景知识介绍： 光在传播过程中经过障碍物，如狭缝、小孔 、不透明物体的边缘、细线等时，一部分光会传 播到几何阴影中去，产生衍射现象。 单缝衍射有两种：单缝衍射有两种： 本实验是夫琅和费衍射现象。本实验是夫琅和费衍射现象。 夫琅和费衍射夫琅和费衍射: :单缝距光源和接收屏均为无限远或单缝距光源和接收屏均为无限远或 者相当于无限远。此时入射光与衍射光均可看做平者相当于无限远。此时入射光与衍射光均可看做平 行光。行光。 菲涅耳衍射菲涅耳衍射: :单缝距光源和接收屏均为有限远；单缝距光源和接收屏均为有限远； Date2 当用散射角极小的

2、激光器产生激光束，通过一条很细 的狭缝（0.10.3毫米宽），在狭缝后.0米左右的地方 放上观察屏，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费 衍射条纹，如图所示。 图 单缝衍射光强分布曲线图图 单缝衍射光强分布曲线图 Date3 单缝衍射光强分布 由惠更斯由惠更斯- -菲涅耳原理可严格计算出单缝衍射光强相对分布：菲涅耳原理可严格计算出单缝衍射光强相对分布： 单缝衍射各级明纹光强分布不同，中央明纹和其它明纹的角宽度单缝衍射各级明纹光强分布不同，中央明纹和其它明纹的角宽度 不同，不同，暗条纹等间距；而次极大彼此暗条纹等间距；而次极大彼此不等间距，但随着级数不等间距，但随着级数k k的增的增 加，趋于

3、等间距。加，趋于等间距。 Date4 逢宽与暗纹级数的关系 本实验通过测量本实验通过测量极暗纹的间距极暗纹的间距 k k ，根据衍，根据衍 射现象中暗纹形成原理得出缝宽射现象中暗纹形成原理得出缝宽 b b的计算公式：的计算公式： （ k=1、2、3 ） （） Date5 实验内容 单缝缝宽度的测量单缝缝宽度的测量 利用单缝装置，测量出利用单缝装置，测量出级以上暗纹级以上暗纹 之间的距离之间的距离 k k，重复读数 ，重复读数8 8次以上。用光具次以上。用光具 座上米尺测量单缝位置和采光屏的位置各一座上米尺测量单缝位置和采光屏的位置各一 次。根据公式次。根据公式（）（）可算出缝宽。可算出缝宽。

4、Date6 实验仪器清单 光传感器 旋转移动传感器 . 科学工作室500型接口 4. 计算机 Date7 光传感器与光圈介绍光传感器与光圈介绍 光传感器用于检测光的相对光强度。传感器的增 益分为可以改变的1、10、100三个档位，其信号输出 端接入科学工作室的模拟接口。传感器通光口采光屏 处安装有光圈调节装置 。本实验传感器增益设置为10 。 Date8 光圈调节装置 该装置由6个宽度不同的通光缝构成，用来调节进入传感器 的光强度。使用时通过灵活选择增益以及通光缝的宽度，可以 使传感器的可测量范围变得较大。通光缝越宽，进入光传感器 的光强度越大，反之越小。本实验光圈基本选2 号光圈。 Date

5、9 科学工作室500型接口 u A、B、C口可分 别输入模拟信号 u 1、2口可输入数 字信号 通过传感器把被测物理量转化为模拟电压信号或数 字信号输入到科学工作室接口，信号经过接口变换后送 到计算机上的科学工作室软件进行数据处理，显示结果 。 Date10 实 际 操 作 熟悉完各实验仪器后，连接电路并确保正确。调整 两表座处于光具座横向中央位置、并尽量远离光 传感器的接收屏，表座磁性应处于开启状态。 Date11 实 际 操 作 移动单缝装置及其磁性表座至光具座上靠近 激光发射器处，调整单缝高度及其下方磁性表座 位置，使激光能垂直穿过单缝中央位置，能垂直穿过单缝中央位置， 激光光斑应均匀分

6、布在单缝中激光光斑应均匀分布在单缝中 央（左图）央（左图） 。 此时在接收屏此时在接收屏 上可看到清晰的单缝衍射图案上可看到清晰的单缝衍射图案 （右下图）。（右下图）。 Date12 实 际 操 作 7 打开科学工作室500型接口开关，接口前端指示灯亮。 Date13 实 际 操 作 当计算机自动检测到科学工作室当计算机自动检测到科学工作室500500型接口时，该型接口时，该 软件会自动继续到如下画面。软件会自动继续到如下画面。 Date14 实 际 操 作 设置接口设置接口1 1、2 2：用鼠标左键点住数码式插头用鼠标左键点住数码式插头 图图 标拖动到接口标拖动到接口1 1放开。放开。 Da

7、te15 实 际 操 作 在弹出的选择感应器窗口中选择在弹出的选择感应器窗口中选择“ “旋转移动传感器旋转移动传感器” ” 后，点后，点“ “确定确定” ”。 Date16 实 际 操 作 在随后弹出的如下窗口中选择在随后弹出的如下窗口中选择“分格分格/ /旋转旋转”为为14401440，点击，点击 “确定确定”。科学工作室科学工作室500500型接口的型接口的1 1、2 2口设置完毕。口设置完毕。 Date17 光传感器设置 设置模拟信号口：设置模拟信号口：明确光传感器输入的模拟信号口（明确光传感器输入的模拟信号口（A A口、口、 或或B B口、或口、或C C口），用鼠标左键点住模拟式插头口

8、），用鼠标左键点住模拟式插头 图标，并图标，并 拖至光传感器输入接口的拖至光传感器输入接口的对应通道对应通道( (本例中光传感器接本例中光传感器接B B口口) )， 在弹出的在弹出的“选择感应器选择感应器”窗口中选中窗口中选中“光传感器光传感器”，然后点，然后点 “确定确定”( (右下图右下图) )。 Date18 实 际 操 作 设定取样选项：设定取样选项：点击左下方图中红色区域（或点击左下方图中红色区域（或“实验实验” 菜单中）的菜单中）的 “ “取样选项取样选项”，设置取样周期为，设置取样周期为100HZ100HZ后，后， 按确定。按确定。 Date19 实 际 操 作 图形显示：图形显

9、示：当当科学工作室最大化后科学工作室最大化后，用鼠标左键点，用鼠标左键点 住住“ “图表图表” ”不松开拖至光传感器输入口（本例为口不松开拖至光传感器输入口（本例为口 ）再松开，弹出）再松开，弹出“ “图形显示图形显示” ”框。框。 Date20 实 际 操 作 图表大小调整：图表大小调整：点击左下图中点击左下图中红色箭头红色箭头的的“向下还原向下还原 ”钮，然后将钮，然后将 “ “图形显示图形显示”框调整为右下方图形大小框调整为右下方图形大小 所示。所示。 Date21 实 际 操 作 图表图表X X、Y Y轴设置：轴设置： “图形显示图形显示”的的X X轴默认为轴默认为“时间时间”轴，修轴

10、，修 改时点击左下图中改时点击左下图中红色区域红色区域旁边的下拉菜单旁边的下拉菜单 ，然后点击右下，然后点击右下 图中图中“位置位置”，X X轴即修改为轴即修改为“位置位置”，单位为，单位为“厘米厘米”。Y Y 轴如需修改，可以同样方式将轴如需修改，可以同样方式将Y Y 轴修改为轴修改为“强度强度”。设置完毕。设置完毕 如下页所示。如下页所示。 Date22 图表设置 Date23 试采集数据 9. 移动旋转移动传感器，同时调整光圈架的高度与方向 ，使得所有衍射光都能垂直照到光圈上通光缝中央，然 后将通光缝移至衍射光斑区域的一侧（如下图）。 Date24 采集数据 点击电脑屏幕上science

11、 workshop软件的记录按钮 ， 缓慢、匀速地旋转旋转移动传感器至光斑区域另一 侧对称位置止（如下图,以零级亮纹即中央亮斑为中 心）。然后点击science workshop软件的停止按钮 。 Date25 数据采集结果 Date26 图名编辑 点击“图表显示”窗左下方的第五个小图标 。在弹 出窗口的“名称”栏中输入：实验图表名称、班级、 姓名、学号、实验桌号等图表完整信息后，按“确定 ”。 Date27 打印图表 11. ：在确定图表信息已经输入完整、并已最优化后 ，点击科学工作室“编辑”菜单中的复制（如下图 ）。然后粘贴到一个新开启word 的文档中，无需调 整大小（如下一张图） ，直

12、接打印即可。 Date28 同学无需查看已打印的图表，更不可随意重复打印同学无需查看已打印的图表，更不可随意重复打印 ，而应抓紧进行数据采集。教师会将签完字后的打印图，而应抓紧进行数据采集。教师会将签完字后的打印图 表交给实验者。表交给实验者。 打印图表 Date29 采集实验数据1 11. 11. ：激光波长可由激光电源上直接获得。在已最优化的图表 中，点击左下方的第二个图标 。将读数工具十字叉移动到2级(以 上)暗纹的正上方，点住鼠标左键并拖动到另一侧2级(以上)暗纹的正 下方，读出横坐标下方呈现的读数后才可松开鼠标，重复测量28 次以上，读出8组以上2的值。 Date30 采集实验数据2

13、 用图示方法确定好单缝位置后，移开文件夹，由光具 座上米尺读出并记录单缝位置x1。 Date31 采集实验数据2 直接读出并记录如下图中黑铁皮与米尺相交处米尺上 的读数，即为采光屏的位置x2 （由此可算出衍射光距离 L = x2 - x1）。 Date32 实验完成 当实验完成，所有实验相关原始数据（包括每一测量量的当实验完成，所有实验相关原始数据（包括每一测量量的 仪器示值误差）都已按要求记录在预习报告的三线表中后，可仪器示值误差）都已按要求记录在预习报告的三线表中后，可 示意教师检验自己的实验数据。示意教师检验自己的实验数据。 教师在检查、核对完该同学的仪器状态、座位电脑上的图与教师在检查、核对完该同学的仪器状态、座位电脑上的图与 数据无误并数据无误并签字签字后；后； 学生应学生应最先最先关闭科学工件室关闭科学工件室500500型接口开关，然后依次关闭激型接口开关，然后依次关闭激 光器电源、电脑及总开关（注意：所有连线光器电源、电脑及总开关（注意：所有连线均不要均不要拆除）。拆除）。 填写好仪器使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可离填写好仪器使用登记表，整理好仪器，并收回椅子，方可离 开实验室。开实验室。 教师签过字的打印图表请粘贴于实验报告最后一页。教师签过字的打印图表请粘贴于实验报告最后一页。 Date33