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1、til HUH；|H IB|衍射法测量细丝直径-=Document serial number UU89WT-UU98YT-UU8CB-UU联系人:联系电话:微信:邮箱:UT108得分教师签名批改日期一、实验目的1. 观察细丝夫琅和费衍射现象。2. 掌握细丝衍射相对光强的测量方法，并求出细丝直径。二、实验原理1. 夫琅和费衍射衍射是波动光学的重要特征之一。衍射通常分为两类：一类是满足衍 射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类 是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射，也就是照射到 衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，称为夫琅 和费衍射。菲涅耳衍
2、射解决具体问题时，计算较为复杂。而夫琅和费衍 射的特点是，只用简单的计算就可以得出准确的结果。在实验中，夫琅 和费衍射用两个会聚透镜就可以实现。本实验用激光器作光源，由于激 光器发散角小，可以认为是近似平行光照射在单缝上；其次，细丝直径 为0. 1mm,细丝距接收屏如果大于1米，缝宽相对于缝到接收屏的距离足 够小，大致满足衍射光是平行光的要求，也基本满足了夫琅和费衍射的 条件：r sin为中央明纹中心处的光强度，u=asin OA a是单缝宽度，衍射角为入射波长 菲涅耳假设和光强度物理学家菲涅耳假设：波在传播的过程中，从同一波阵面上的各点 发出的次波是相干波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干
3、叠加，这 就是着名的惠更斯一菲涅耳原理。如图9-1所示，单缝AB所在处的波阵 面上各点发出的子波，在空间某点P所引起光振动振幅的大小与面元面 积成正比，与面元到空间某点的距离成反比，并且随细丝平面法线与衍 射光的夹角（衍射角）增大而减小，计算细幺幺所在处波阵面上各点发出 u的子波在P点引起光振动的总和，就可以得到P点的光强度。可见，空 间某点的光强，本质上是光波在该点振动的总强度。设细丝的宽度AB二a,细丝到接收屏之间的距离是L,衍射角为C的光 线会聚到屏上P点，并设P点到中央明纹中心的距离矗。由图9-1可 知，从A、B出射的光线到P点的光程差为：BC=(/sin (9-1)式中，为光轴与衍射
4、光线之间的夹角，叫衍射角。如果子波在P点引起的光振动完全相互抵消，光程差是半波长的偶数 倍，在P点处将出现暗纹。所以，暗纹形成的条件是：asin = 2K-K二1, 2 (9-2)2在两个第一级(K二1)暗纹之间的区域(-AVdsin入)为中央 明纹。由(9-2)式可以看出，当光波长的波长一定时，细丝直径a愈小，衍射 角愈大，在屏上相邻条纹的间隔也愈大，衍射效果愈显着。反之，a愈 大，各级条纹衍射角C愈小，条纹向中央明纹靠拢。a无限大，衍射现象尸TX丄图9-1细丝衍射示意 消失。3. 细丝衍射的光强分布根据惠更斯一菲涅耳原理可以推出，当入射光波长为入，细丝直径 为a时，单缝夫琅和费衍射的光强分
5、布为：“=竺匹竺I(9-3) 式中I。为中央明纹中心处的光强度，u为细丝边缘光线与中心光线的相位 差。根据上面的光强公式，可得细丝衍射的特征如下：(1) 中央明纹，在二0处，U二0 ,也工=1 , I二I。，对应最大光强，称 为中央主极大，中央明纹宽度由21的两个暗条纹的衍射角所确定，即 中央亮条纹的角宽度为=二。a(2) 暗纹,当u=kn , k=l, 2, 3即:msin九=k托或 dsin = )U时有：1 = 0。且任何两相邻喑条纹间的衍射角的差值即暗条纹是以P。点为中心等间隔左右对称分布的。(3) 次级明纹，在两相邻暗纹间存在次级明纹。它们的宽度是中央亮条纹宽度的一半。这些亮条纹的光
6、强最大值称为次极大。其角位置依次 是22AD = 1.43- , = 3.47-, (9-4)aaa把上述的值代入光强公式(9-3)中，可求得各级次明纹中心的强度为I = 0.047 /0 , /=O.O16Zo, /= 0.008/0, (9-5)图9-2细幺幺衍射相对光强分布曲从上面特征可以看出，各级明纹的光强随着级次K的增大而迅速减小，而暗纹的光强亦分布其间，细丝衍射图样的相对光强分布如 图9-2所示。当 址札=士如k二1.2, -时出现暗纹,设第k级暗纹离光轴的距离为刃,则有:s式中：S为衍射暗条纹间距，L为细丝到观察屏的距离，几为波长。三、实验仪器仪器名称型号主要参数用途750 接口
7、CI7650阻抗1 MQo最大 的有效输入电压 范围10 V连接计算机和光传感器，使 光传感器测得的数据输入计 算机计算机和DataStudioCI6874处理光传感器测得的数据光传感器CI650-4A测量光强，波长为650nm小型激光器0S8514发出激光转动传感器CI-6538测量角速度、角加速度和角 位移，也可测量速度、加速 度和位移小孔屏四、实验步骤1、连接好装置，打开灯源；启动计算机和DataStudio软件并调节好相 应参数2、调节好装置，使激光通过装置发生衍射，并在光传感器上得到衍射图 纹。3、调节转动传感器，测量不懂级明纹的光强，在计算机上得到相应数据三、数据记录及数据处理L=
8、86cm0.0200.0400.0300.035位置，通道1和2他）-0.002；运行#4；心(0.032, 41.1 )-18.7 :;0.025100806040200光强，通道A对位置，通道1和2,运行#4位置，通道1和2 （m） 光强，通道A （%最大值）这是一种人造纤维的衍射数据OO11运行#1o o O8 6 4o O20.0400.0500.0600.0700.080位置，通道1和25)光强，通道A对 位置，通道1和2,运行#1位置，通道1和2 (m) 光强，通道A最大值)这是人体头发衍射数据四、实验结论与总结指导教师批阅意见:成绩评定:实验设计方 案（40 分）实验操作及数据 记录（30 分）数据处理及实验 结论 （15-20 分）实验总结 （10-15 分）总分
