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1、光强分布的测量实验一、实验目的观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。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。学会用衍射法测量微小量。4 验证马吕斯定律。二、实验原理如图 1 所示， L12 xk/图 1 夫琅禾费单缝衍射光路图与狭缝 E 垂直的衍射光束会聚于屏上 P0 处，是中央明纹的中心，光强最大，设为 I0，与光轴方向成 角的衍射光束会聚于屏上 PA 处，P A 的光强由计算可得：式中，b 为狭缝的宽度， 为单色光的波长，当 时，光强最大，称为主极大，0主极大的强度决定于光强的强度和缝的宽度。 当 ，即：k20sinIA)sin(bbKsi ）， 321(K时，出现暗条纹
2、。除了主极大之外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，由数学计算可得出现这些次极大的位置在 =1.43，2.46，3.47，这些次极大的相对光强 I/I0 依次为0.047，0.017，0.008， 2 1.43 6 图 2 夫琅禾费衍射的光强分布夫琅禾费衍射的光强分布如图 2 所示。e-N图 3 夫琅禾费单缝衍射的简化装置用氦氖激光器作光源，则由于激光束的方向性好，能量集中，且缝的宽度 b 一般很小，这样就可以不用透镜 L1，若观察屏（接受器）距离狭缝也较远（即 D 远大于 b）则透镜 L2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图 3，这时，由上二式可得三、实验装置激光器座、半导体激光器、导
3、轨、二维调节架、一维光强测试装置、分划板 、可调狭缝、平行光管、起偏检偏装置、光电探头 、小孔屏、 数字式检流计、专用测量线等。Dx/tansiKb/图 4 衍射、干涉等一维光强分布的测试四、实验步骤1. 接上电源（要求交流稳压 220V11V，频率 50HZ 输出） ，开机预热 15 分钟；2. 量程选择开关置于“1”档，衰减旋钮顺时针置底，调节调零旋钮，使数据显示为.000；（一）单缝衍射一维光强分布的测试1、 按图 4 搭好实验装置。此前应将激光管装入仪器的激光器座上，并接好电源；2、 打开激光器，用小孔屏调整光路，使出射的激光束与导轨平行；3、 打开检流计电源，预热及调零，并将测量线连
4、接其输入孔与光电探头；4、 调节二维调节架，选择所需要的单缝、双缝、可调狭缝等，对准激光束中心，使之在小孔屏上形成良好的衍射光斑；5、 移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高低一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当；6、 开始测量，转动手轮，使光电探头沿衍射图样展开方向（x 轴）单向平移，以等间隔的位移（0.5mm）对衍射图样的光强进行逐点测量，记录位置坐标 x 和对应的检流计（置适当量程）所指示的光电流值读数 I，要特别注意衍射光强的极大值和极小值所对应的坐标的测量；7、 测量单缝到光电池的距离 D，测取相应移动座间的距离即可； 8、绘制衍射光的相对强度 I/I0 与位
5、置坐标 x 的关系曲线。（二）偏振光现象的观察与测试1、按图 4 搭好实验装置；激光器单缝检偏器 光电探头小空屏检流计 光具座 激光电源2、同（一） ，打开激光电源，调好光路，使在平行光管后的小孔屏上可见一较均匀圆光斑；3、同（一） ，打开检流计，预热及调零；4、旋去光电探头前的遮光筒，把探头旋接在起检偏装置上，然后连好测量线；5、将起偏检偏器置于平行光管后并紧帖平行光管，使光斑完全入射起检偏器；6、转动刻度手轮（连起偏器） ，在检流计上观察光强变化，以验证马吕斯定律。7、置起偏器读数鼓轮于“0”位置，开始测量。转动分度盘（连检偏器）5 0，从检流计（置适当量程）上读取一个数值，逐点记录下来，
6、测量一周。五、数据记录及数据处理1. 单缝衍射记录（从 测到 ，要特别注意衍射光强的极大值和极小值所对应3K的坐标的测量）0Im04.(mm)xI0/(mm)xI(mm)I0/（1） 选取中央最大光强处为坐标原点，把测得的数据作归一化处理:即把在不同位置上测得的检流计光强读数 除以中央最大的光强读数 ，然后在毫米方格（坐标）I 0I纸上做出 衍射相对光强分布曲线。xI0（2） 根据分布曲线测量出各级最暗处距离明纹中心的距离 ，利用公式 KxxDKb/计算不同级次下的 ，然后求 。Kb2偏振光强记录 0I（度）I2cos0/I作 - 图，若为直线则验证了马吕斯定律02s六、思考题1. 缝宽的变化
7、对衍射条纹有什么影响？提示：从 可以看出， 变大，对于同一级次而言， 要变小，也就是说亮条纹变窄；从xDKb/bx可以看出， 变大，对于同一级次而言， 要变小，也就是说亮条纹要向中心收缩。sin 2. 硅光电池前的狭缝光阑的宽度对实验结果有什么影响？提示：本实验要求精确测量各点的光强，所以硅光电池前的狭缝光阑的宽度越小越好。缝太大，测量的将是一定宽度的平均光强，会丢失暗条纹的位置，因而会导致测量误差。3. 若在单缝到观察屏的空间区域内，充满着折射率为 n 的某种透明媒质，此时单缝衍射图样与不充媒质时有何区别？提示：如果充满着折射率为 n 的某种透明媒质，则出现暗条纹的公式可写为 ，显然，对bn
8、K/si于同一级次， 要变大，也就是说亮条纹变宽，可见条纹级数变少。4. 用白光光源做光源观察单缝的夫琅禾费衍射，衍射图样将如何？提示：将是一列彩色条纹。5夫琅和费衍射应符合什么条件？提示：夫琅和费衍射为远场衍射，要实现夫琅禾费衍射，必须保证光源至单缝的距离和单缝到衍射屏的距离均为无限远（或相当于无限远） ，即要求照射到单缝上的入射光、衍射光都为平行光，屏应放到相当远处。6如果激光器输出的单色光照射在一根头发丝上，将会产生怎样的衍射花样？可用本实验的哪种方法测量头发丝的直径？提示：根据巴比涅原理，一个细丝的衍射场与一个宽度相等的单缝衍射光场是互补的，即它们光场的位相相差 1800，从而光强分布相同，衍射条纹是明暗相同的，条纹宽度是一致的。因此，只要测得细丝夫琅和费衍射光强的第 k 级极小的位置，在已知光源波长和细丝到接收屏距离的条件下，即可求得细丝的直径。
