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1、单缝衍射光强分布研究,大学物理实验,一、实验目的,1、学会SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用方法。,2、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解。,难点：1）激光光线与光电仪接收管共轴调节；,重点：SGS-3型衍射光强实验系统的调整和使用,3、学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。,2）光传感器增益度的正确调整,4、学会用衍射法测量狭缝的宽度。,二、实验原理,当光在传播过程中经过尺寸可与波长相比拟的障碍物时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。,在用散射角极小的激光器(0.002rad)产生激光束，通过一条很细的狭缝，在狭缝后大于0.5m的地方放
2、上观察屏，就可以看到衍射条纹，它实际上就是夫琅禾费衍射条纹。,二、实验原理,（一）单缝衍射的光强分布,由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为：,式中，是狭缝宽度，是波长。,在整个衍射图样中，中央明纹最亮、最宽，称为中央主极大；暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。,二、实验原理,（二）衍射障碍宽度的测量,宽度为 的单缝产生的夫琅禾费衍射图样，其衍射光路图满足近似条件：,产生暗条纹的条件是：,则单缝的宽度计算式为：,是单缝位置到光电池位置的距离，是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离，,二、实验原理,（三）光电检测,根据硅光电池的光电特性可知，光电流
3、和入射光能量成正比，只要工作电压不太小，光电流和工作电压无关，光电特性是线性关系。所以当光电池与数字检流计构成的回路内电阻恒定时，光电流的相对强度就直接表示了光的相对强度。,三、实验仪器,SGS-3型衍射光强实验系统：激光器、可调单缝、光传感器、光电流放大器、白屏、1m硬铝导轨。,激光器,光导轨,白屏,可调单缝,数显光电流放大器,光电探头,光具座,可调狭缝,二维调节滑动座,移动测量架,光电探头,数显光电流放大器,四、实验内容,1、准备工作,开启光电流放大器，预热1020分钟。以一维测量架上光电探头的轴线为基准，调节光学系统中各光学元件同轴等高。,(1)转动测量架上的百分手轮，将光电探头调到适当
4、位置,调到45cm处,百分手轮,四、实验内容,1、准备工作,(2)调节激光器水平：调节光靶同轴等高；沿导轨来回移动光靶，调节激光器架上的六个方向控制手钮，使得光点始终打在靶心上,同轴等高,激光束通过靶心,四、实验内容,1、准备工作,(3)取下光靶，装上白屏：将狭缝放进有横向调节装置的滑座上，调整狭缝同轴等高。同时将狭缝固定在距离光传感器850mm左右,激光束从狭缝中心通过,刻度线压在21cm处,四、实验内容,2、观察衍射图样,白屏放在光传感器前，观察衍射图样。根据衍射斑的状况，适当调节狭缝宽度。致使衍射图样清晰，各级分开的距离适中，便于测量。,四、实验内容,3、测量,(1)取下白屏，转动百分鼓
5、轮，横向微移测量架，使衍射中央主极大进入光传感器接收口，观察数显值。若数显值出现1，说明光能量太强，应,逆时针调节光电流放大器的增益，建议示值在1500左右,调节光传感器侧面的测微头，减小入射面到接收面上的能量,逆时针旋转,调节测微头，减小进光量,四、实验内容,3、测光电管的光电特性,(2)按直尺和鼓轮上的读数和光电流放大器数字显示，记下光电探头位置和相对光强数值,主尺加上百分手轮读数值,相对光强值,四、实验内容,3、测光电管的光电特性,(3)在略小于中央主极大处开始记录数据：选定任意单方向转动鼓轮，每转动0.1mm，记录1次数据，直到测完0-2级极大和1-3级极小为止。,四、实验内容,4、数
6、据处理,(1)按测得的数据画出相对光强 与被测点到中央主极大的距离 的函数关系曲线,四、实验内容,4、数据处理,(2)从图中找出极大值和极小值的位置，以及各极大值对应光强值，与理论值算百分误差比。,(3)计算狭缝宽度，与狭缝测量值算百分误差比。,五、实验注意事项,1、单面测微狭缝不允许超过零位，以保证刃口不被损坏。2、光传感器对光非常敏感，不允许用激光器或其他强光照射。3、激光器电源的正负极不允许错接。激光管两端的高压引线头千万不要拔出，激光电源空载输出电压高达数千伏，要警惕误触。4、激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭永久性损伤。,5、测量过程中要防止回程误差。即测量开始时，应将百分鼓轮按原方向转几圈，才开始读数测量；测量过程中百分鼓轮只能沿一个方向旋转，一旦反转，数据无效，须重新调整再开始读数。6、保护光学元件的光学表面，不得触摸光学元件的光学表面。7、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关机。,五、实验注意事项,六、思考题,1、激光器输出的光强如有变动，对单缝衍射图样和光强分布曲线有无影响？具体说明有什么影响？2、如以矩形孔代替单缝，其衍射图样在长边方向展开得宽，还是在短边方向上展开得宽些？为什么？,
