单缝衍射实验报告天津科技大学物理实验

单缝衍射及光强分布研究实验
班级 186101 组 A 姓 名 **** 学号 181***** 实验成绩

[实验目的]

1、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； 
2、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； 
3、学会用衍射法测量狭缝的宽度。

[实验仪器]

He-Ne激光器、衍射狭缝、光具座、白屏、光电探头、光功率计。

[实验原理]

波长为λ的单色平行光垂直照射到单缝上，在接收屏上，将得到单缝衍射图样，即一组平行于狭缝的明暗相间条纹。单缝衍射图样的暗纹中心满足条件：

式中，x为暗纹中心在接收屏上的x轴坐标，f为单缝到接收屏的距离；a为单缝的宽度，k为暗纹级数。在±1级暗纹间为中央明条纹。中间明条纹最亮，其宽度约为其他明纹宽度的两倍。
实验装置示意图如下图所示。

光电探头（即硅光电池探测器）是光电转换元件。当光照射到光电探头表面时，在光电探头的上下两表面产生电势差ΔU，ΔU的大小与入射光强成线性关系。光电探头与光电流放大器连接形成回路，回路中电流的大小与ΔU成正比。因此，通过电流的大小就可以反映出入射到光电探头的光强大小。

[数据表格]
1、表一:移动光电探头接收口超过衍射图样一侧的第三级暗纹，开始记录位置读数X（此处为0.000）及光功率计的读数I，然后每移动0.5mm，记录一次光功率计的读数，直到光电探头接收口移动到超过衍射图样的另一侧第三级暗纹处为止。
x/mm 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500
读数I/mW 　0.012 　0.008 　0.003 　0.001 　0.005 　0.013 　0.023 　0.030
x/mm 4.000 4.500 5.000 5.500 6.000 6.500 7.000 7.500
读数I/mW 　0.032 　0.027 　0.016 　0.005 　0.001 　0.009 　0.029 　0.055
x/mm 8.000 8.500 9.000 9.500 10.000 10.500 11.000 11.500
读数I/mW 　0.080 　0.090 　0.080 　0.052 　0.017 　0.001 　0.033 　0.139
x/mm 12.000 12.500 13.000 13.500 14.000 14.500 15.000 15.500
读数I/mW 　0.334 　0.613 　0.950 　1.300 　1.605 　1.813 　1.886 　1.810
x/mm 16.000 16.500 17.000 17.500 18.000 18.500 19.000 19.500
读数I/mW 　1.599 　1.292 　0.943 　0.606 　0.329 　0.136 　0.032 　0.001
x/mm 20.000 20.500 21.000 21.500 22.000 22.500 23.000 23.500
读数I/mW 　0.018 　0.052 　0.081 　0.090 　0.079 　0.055 　0.028 　0.009
x/mm 24.000 24.500 25.000 25.500 26.000 26.500 27.000 27.500
读数I/mW 　0.001 　0.005 　0.016 　0.027 　0.032 　0.030 　0.023 　0.013
x/mm 28.000 28.500 29.000 29.500 30.000 30.500 31.000 31.500
读数I/mW 　0.005 　0.001 　0.003 　0.008 　0.013 　 　 　
x/mm 32.000 32.500 33.000 33.500 34.000 34.500 35.000 35.500
读数I/mW 　 　 　 　 　 　 　 　
x/mm 36.000 36.500 37.000 37.500 38.000 38.500 39.000 39.500
读数I/mW

表二: 根据表一数据，以及虚拟仿真实验平台拟合的单缝衍射强度分布曲线，求出各级暗纹之间的距离，并计算单缝宽度。
各级暗纹 ±1级暗纹 ±2级暗纹 ±3级暗纹
距离/mm 9.400 18.000 27.125
单缝宽度/mm 1.0380 1.0841 1.0792
根据表二中数据，计算单缝宽度的过程如下：

单缝宽度d=2kfλ/△xi;其中△x为暗纹之间的距离，i=1,2,3;k为暗纹级数，k=1,2,3；
波长λ=632.8nm；
d1 = 2170.1632.8/9.400/1 = 1.0380 mm
d2 = 2270.1632.8/18.000/2 = 1.0841 mm
d3 = 2370.1*632.8/27.125/3 = 1.0792 mm

计算得出单缝的宽度为（单位：mm）= (d1+d2+d3)/3 = 1.0671 mm
[分析讨论]
1、通过观测到的单缝衍射图形，简述单缝衍射光强分布特点。

各级最大值光强不相同，中央最大值的光强最大，其他各级明条纹的最大值都远少于中央明条纹最大值的光强。并且随着级数的增加瞬间减少，第一级的最大值要远远小于中央明条纹的最大值。

2. 观测单缝衍射图形时，若激光光源确定，需要增大衍射条纹的宽度，如何进行调节？

可以缩小单缝宽度
或者增大光屏和激光光源的距离

3、若将单缝换作圆孔时（圆孔直径和单缝宽度尺寸相近），描述在观测屏上可以看到的图案。

可以观察到夫琅和费圆孔衍射的图样：中央为一明亮亮斑，聚集着一半以上的衍射光，外面分布着几圈很淡的亮圆环。