大学物理实验报告单缝衍射文档格式.docx
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?
或L?
88L
式中:
a为狭缝宽度;
L为狭缝与屏之间的距离;
为入射光的波长。
可以对L的取值范围进行估算:
实验时，若取a?
1?
10m，入射光是He?
Ne激光，?
4
其波长为632.80nm，a2
1.6cm?
2cm，所以只要取L?
20cm，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。
但实验证明，取L?
50cm，结果较为理想。
b.根据惠更斯,费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律:
I?
（sinu/u）2I0
u?
（?
asin?
）/?
暗纹条件:
由上式知，暗条纹即I?
0出现在
u?
，?
2?
即暗纹条件为
k?
，k?
1，k?
2，?
明纹条件:
求I为极值的各处，即可得出明纹条件。
令
d（sin2u/u2）?
0du
推得u?
tanu
此为超越函数，同图解法求得:
0，?
1.43?
2.46?
3.47?
即asin?
可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件
（2k?
1）?
/2，k?
1，2，3，?
只是近似准确的。
单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下:
sin?
I0?
/a?
/aI00.047I00.017I0.0.018I
c.应用单缝衍射的公式计算单缝
缝宽
由暗纹条件:
并由图有:
Xk?
Ltan?
k由于?
很小，所以
L?
kL?
/a
令b?
/a（b为两相邻暗纹间距），则
a?
/b（或a?
/X1，X1为中央明纹半宽度）
由此可见，条纹间距b正比于L和?
，反比于缝宽a。
由实验曲线测出b（取平均值），即可算出缝宽a。
d.实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，
屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替，就可完全应用以上的理论和公式。
实验内容和步骤:
实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽a。
实验中用硅光电池作光强I的测量器件。
硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流i与光照强度I成正比。
本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。
它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a进行处理，从而将光强I以数字显示出来。
a（按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平;
b（激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左右，
3加上本实验采用的是方向性很好，发散角1?
10~1?
10?
5rad的He?
Ne激光作为光源，这
样可满足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜L1和L2。
;
c（点亮He?
Ne激光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是:
观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。
d（将WJH接上电源开机预热15min，将量程选择开关置I档，衰减旋钮置校准为止（顺时针旋到底，即灵敏度最高）。
调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪烁）。
以后在测量过程中如果数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调高一档。
如果数字显示小于190，且小数点不在第一位时，可将量程减少一档，以充分利用仪器分辨率。
e.将小孔屏置于光强测量装置之前，调二维调节架，选择所需的单缝缝宽a，观察小孔屏上的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和变化规律，另一方面调节各元件，使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当，以便测量。
这一步是测量效果是否理想的关键。
f.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度一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。
g.关掉激光电源，记下本底读数（即初读数）再打开激光电源，开始测量。
为消除空程，减小误差，应转动手轮使光电探头单方向移动，即沿衍射图像的展开方向（X轴方向），从左向右或从右向左，每次移动0.200mm，单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。
h.在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值（减去初读数）描绘出来。
就得单缝衍射的光强分布图。
若以光强最大值I0除各数值，也可得出单缝衍射的相对光强分布图。
i.测出狭缝到硅光电池的距离L，并从光强分布图上测出b（多测几个，取平均值）或X1，算出狭缝缝宽a。
j.用读数显微镜直接测出缝宽，测5次，取平均值，与衍射测量结果比较，求相对误差。
参数及数据记录:
见附表
数据处理:
50cm?
0.05cm?
0.5m?
650nm?
6.50?
7m
中央明纹半宽度为:
X1?
16.200mm?
12.800mm?
1.700mm?
1.7?
3m2
0.5m?
7m?
1.91?
4m则:
/X1?
31.7?
10m
思考题:
2（激光输出的光强如有变动，对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响,有何影响,答:
激光输出的光强增大时，衍射图像明纹变亮，光强分布曲线变陡，当输出光强减弱时，衍射图像明纹变暗，光强分布曲线变平缓。
4（用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径,其原理和方法,答:
可以，把单缝换成要测量的金属丝，屏上夫琅和费衍射花样和同样宽度的单缝衍1（当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变,如缝宽减半，又怎样改变,答:
由a?
/b可知，当a增加一倍时，L、?
保持不变，b变为原来的1/2，光强增加，条纹变细。
当a减半时，b变为原来的两倍，光强减弱，条纹变宽。
射花样的一样，故只需将单缝宽度a换成细丝
直径d，则可计算出d。
篇三:
大学物理实验报告答案（周岚）2
实验四十单缝衍射的光强分布和缝宽的测定
【预习题】
1（什么叫夫琅和费衍射,用He-Ne激光作光源的实验装置（图）是否满足夫琅和费衍射条件，为什么,
答:
夫琅和费衍射是平行光的衍射，即要求光源及接收屏到衍射屏的距离都是无限远。
右图所示的为用He-Ne激光作光源的实验装置，其中激光器为光源、单缝为衍射屏、接受屏C为衍射屏。
因为He-Ne激光束具有良好的方向性（远场发散角为1毫弧度左右），光束细锐，能量集中，
加之衍射狭缝宽度很小，故可看作平行光，即光源到单缝的距离为无限远。
实验时将观察屏放置在距离单缝较远处，使Z远大于a，单缝到接受屏的距离亦可看作无限远。
所以用He-Ne激光作光源的实验装置满足夫琅和费衍射条件。
【思考题】
1（当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变,如缝宽减半，又怎样改变,答:
（1）当缝宽增加一倍时:
衍射花样的光强的变化:
可以将宽度为2a的整个单缝看作两个宽度a，中心间距为a的双缝，其光强分布公式为:
（参见姚启钧原著，《光学教程》第三版，P128）
sin2（
I2a?
A02
）sin22（）
4Icon（）a2
sin（）?
其中A0为缝宽为a时，狭缝在?
0方向的合振幅。
由光强分布公式可知，当缝宽增加一倍时，光强是原来的
4con2（
）倍，即光强增加。
?
条纹宽度的变化:
当缝宽为a时:
中央主极大的宽度为:
l主?
2f&
#39;
a
次极大的条纹宽度为:
l次
f&
当缝宽为2a时:
1
l主2a21‘‘&
&
l?
f?
l
次次’
2a2a
所以当缝宽增加一倍时，条纹宽度是原来的2倍。
’
‘l主?
（2）当缝宽缝宽减半时:
当缝宽为时，可以将宽度为a的整个单缝看作两个宽度，中心间距为的双缝，其光强分布公式为:
（参见姚启钧原著，《光学教程》第三版，P128）光强分布公式为:
aasin?
sin2
（2）sin22
（2）?
2Ia?
A02?
sin2（）?
Ia
Ia?
asin24con2（）2?
其中A0为缝宽为时，狭缝在?
2
由光强分布公式可知，当缝宽减半时，光强是原来的
asin4con2（）
a2
倍，即光强减小。
当缝宽减半时:
‘&
2fsin?
2f10主
l主
l次?
f
‘
所以当缝宽减半时，条纹宽度是原来的2倍。
实验四十一光电效应法测普朗克常数
1（什么叫光电效应,
光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时，会有电子
从金属表面逸出的现象。
2（饱和光电流的大小与哪些因素有关,
入射光的频率只有超过某个临界频率时，才会有光电流产
生。
当入射光频率不变时，饱和光电流与入射光强成正比，此外还与此时的频率有关，频率越大，光电流越大。
1（为什么当反向电压加到一定值后，光电流会出现负值,
实验中，存在阳极光电效应所引起的反向电流和暗电流（即无光照射时的电流），测得的电流实际上是包括上述两种电流和由阴极光电效应所产生的正向电流三个部分，所以当反向电压加到一定值后，光电流会出现负值。
2（当加在光电管两极间的电压为零时，光电流却不为零，这是为什么,
当电子吸收了光子能量h?
后，一部分消耗于电子的逸出功A，另一部分就转变为电子离开金属表面后的初始动能，正是由于有这样的一部分初始动能，光电子才得以到达阳极，形成光电流。
3（正向光电流和反向光电流的区别何在?
正向光电流是阴极光电池被光照射后产生。
而反向光电流是
由阳极光电效应所引起的，因为制作过程中会有少量阴极材料溅射在阳极上。
它们方向相反，但正向光电流要比反向电流大得多。
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