單縫衍射及光強分布研究實驗
班級 186101 組 a 姓 名 **** 學號 181***** 實驗成績
[實驗目的]
1、觀察單縫衍射現象，研究其光強分布，加深對衍射理論的理解；
2、學會用光電元件測量單縫衍射的相對光強分布，掌握其分布規律；
3、學會用衍射法測量狹縫的寬度。
[實驗儀器]
he-ne雷射器、衍射狹縫、光具座、白屏、光電探頭、光功率計。
[實驗原理]
波長為λ的單色平行光垂直照射到單縫上，在接收屏上，將得到單縫衍射圖樣，即一組平行於狹縫的明暗相間條紋。單縫衍射圖樣的暗紋中心滿足條件：
式中，x為暗紋中心在接收屏上的x軸座標，f為單縫到接收屏的距離；a為單縫的寬度，k為暗紋級數。在±1級暗紋間為**明條紋。中間明條紋最亮，其寬度約為其他明紋寬度的兩倍。
實驗裝置示意圖如下圖所示。
光電探頭（即矽光電池探測器）是光電轉換元件。當光照射到光電探頭表面時，在光電探頭的上下兩表面產生電勢差δu，δu的大小與入射光強成線性關係。光電探頭與光電流放大器連線形成迴路，迴路中電流的大小與δu成正比。因此，通過電流的大小就可以反映出入射到光電探頭的光強大小。
[資料**]
1、表一:移動光電探頭接收口超過衍射圖樣一側的第**暗紋，開始記錄位置讀數x（此處為0.000）及光功率計的讀數i，然後每移動0.5mm，記錄一次光功率計的讀數，直到光電探頭接收口移動到超過衍射圖樣的另一側第**暗紋處為止。
x/mm 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500
讀數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
讀數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
讀數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
讀數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
讀數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
讀數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
讀數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
讀數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
讀數i/mw
x/mm 36.000 36.500 37.000 37.500 38.000 38.500 39.000 39.500
讀數i/mw
表二: 根據表一資料，以及虛擬**實驗平台擬合的單縫衍射強度分布曲線，求出各級暗紋之間的距離，並計算單縫寬度。
各級暗紋 ±1級暗紋 ±2級暗紋 ±3級暗紋
距離/mm 9.400 18.000 27.125
單縫寬度/mm 1.0380 1.0841 1.0792
根據表二中資料，計算單縫寬度的過程如下：
單縫寬度d=2kfλ/△xi;其中△x為暗紋之間的距離，i=1,2,3;k為暗紋級數，k=1,2,3；
波長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
計算得出單縫的寬度為（單位：mm）= (d1+d2+d3)/3 = 1.0671 mm
[分析討論]
1、通過觀測到的單縫衍射圖形，簡述單縫衍射光強分布特點。
各級最大值光強不相同，**最大值的光強最大，其他各級明條紋的最大值都遠少於**明條紋最大值的光強。並且隨著級數的增加瞬間減少，第一級的最大值要遠遠小於**明條紋的最大值。
觀測單縫衍射圖形時，若雷射光源確定，需要增大衍射條紋的寬度，如何進行調節？
可以縮小單縫寬度
或者增大光屏和雷射光源的距離
3、若將單縫換作圓孔時（圓孔直徑和單縫寬度尺寸相近），描述在觀測屏上可以看到的圖案。
可以觀察到夫琅和費圓孔衍射的圖樣：**為一明亮亮斑，聚集著一半以上的衍射光，外面分布著幾圈很淡的亮圓環。
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