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1、word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mm，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：IO为中央明纹中心处的光强度，u=pasin/l，a是单缝宽度，f衍射角l为入射波长2. 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，产生相干叠加，这就是著名的惠更斯菲涅耳原理。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
2、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，计算细丝所在处波阵面上各点发出的子波在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。图9-1 细丝衍射示意图 设细丝的宽度AB=a，细丝到接收屏之间的距离是L，衍射角为的光线会聚到屏上P点，并设P点到中央明纹中心的距离XK。由图9-1可知，从A、B出射的光线到P点的光程差为： （9-1）式中，为光轴与衍射光线之间的夹角，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
3、。所以，暗纹形成的条件是：K=1，2（9-2）在两个第一级（K=1）暗纹之间的区域（-）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，衍射效果愈显著。反之，a愈大，各级条纹衍射角愈小，条纹向中央明纹靠拢。a无限大，衍射现象消失。3. 细丝衍射的光强分布 根据惠更斯菲涅耳原理可以推出，当入射光波长为，细丝直径为a时，单缝夫琅和费衍射的光强分布为： （9-3）式中IO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=0处，u=0， ，I=IO ，对应最大
4、光强，称为中央主极大，中央明纹宽度由k=的两个暗条纹的衍射角所确定，即中央亮条纹的角宽度为。 (2) 暗纹，当u=k，k=1，2，3即： 或时有：。且任何两相邻暗条纹间的衍射角的差值，即暗条纹是以P0点为中心等间隔左右对称分布的。图9-2 细丝衍射相对光强分布曲线(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。这些亮条纹的光强最大值称为次极大。其角位置依次是， （9-4）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， （9-5）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
5、9-2所示。当时出现暗纹，设第k级暗纹离光轴的距离为，则有： 式中：S为衍射暗条纹间距，L为细丝到观察屏的距离，为波长。 三、实验仪器仪器名称型号主要参数用途750接口CI7650阻抗1 M。最大的有效输入电压围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OS8514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=86cm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7 / 7
衍射法测量细丝直径
