实验五 单缝衍射的相对光强分布-课件PPT（精）.ppt

实验五单缝衍射的相对光强分布
实验目的
,了解其特点。
。
仪器和用具
激光器座、氦氖激光器、导轨、二维调节架、可调狭缝、光电探头、小孔屏、数字式检流计、专用测量线等。
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实验原理
光的衍射现象是光的波动性的重要表现。根据光源及观察衍射图象的屏幕(衍射屏)到产生衍射的障碍物的距离不同,分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射两种,前者是光源和衍射屏到衍射物的距离为有限远时的衍射,即所谓近场衍射;后者则为无限远时的衍射,即所谓远场衍射。
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产生夫琅和费衍射的条件,是光源和显示衍射图像的屏离衍射物(如单缝)的距离都视为无限远,即入射光和衍射光都是平行光。其光路见图。其中,S是波长为λ的单色光源,被置于透镜L1的焦面上;单色光经过透镜L1后形成一束平行光投射于缝宽为a的单缝AB上;通过单缝后的衍射
光经透镜L2会聚在其焦
面(屏P)上,于是屏上呈
现出亮、暗条纹相间分
布的衍射图像。
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由惠更斯一菲涅耳原理可推得,单缝衍射图像的光强分布规律为
(1)
其中,a为单缝的宽度, 为衍射光与光轴OP0 的夹角——衍射角。当
=0时,I=I0 (2)
这是与光轴平行的光线会聚点(中央亮条纹的中心点)的光强,是衍射图像中光强的极大值,称为中央主极大。
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当
asin =Kλ(K=±1,±2,±3,…) (3a)
时,则“,即为暗条纹。与此衍射对应的位置为暗条纹的中心。实际上角很小,因此上式可改写成

又由图看出,K级暗条纹对应的衍射角为
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比较得到

由以上的讨论可知:
=±1的两个暗条纹的衍射角所确定,即中央亮条纹的角宽度为。
,缝加宽时,衍射角减小,各级条纹向中央收缩;当缝宽a足够大(a>>λ)时,衍射现象不明显,从而可以忽略不计,将光看成是沿直线传播的。
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,其衍射角的差值为,即暗条纹是以P0为中心,等间隔地、左右对称地分布的。
,它们的宽度是中央亮条纹宽度的二分之一。这些亮条纹的的光强最大值称为次极大。用衍射角表示这些次极大的位置为
它们的相对光强分别为
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实验内容
按夫琅和费衍射的要求,,投射于宽度可调的单缝上。当显示衍射图像的屏离单缝甚远( L>>a)时,透镜L2可以省略。
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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;
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(一)观察单缝衍射现象
以某单色光为光源(如He-Ne激光,其波长λ= nm),观察平行激光束通过单缝后,在带有标尺或毫米方格纸的屏上的衍射图像。
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