实验十九 单缝衍射中的光强分布规律

实验目的

观察单缝衍射现象中的光强度分布规律,加深对“光波动学说”的理解

实验原理

光是一种波长极短的波,且具有“波粒二象性”。当障碍物的宽度远大于波长的时候,光呈现为直线传播(粒子性);当障碍物的宽度(含缝宽)与光波的波长相近或小于光波的波长时,光表现出波动特性,发生干涉和衍射现象。

单缝衍射是指光穿过单缝后偏离直线传播路径而进入几何阴影,并呈现光强度(宽度和亮度)分布不均的条纹的现象。

实验器材

朗威DISLab、计算机、铁架台、朗威DISLab光学套件(图19-1,含相对光照度分布传感器、光学器件托架、激光光源、偏振片和缝宽为0.08mm、0.1mm单缝,缝间距为0.25mm的双缝)。

图19-1

图19-1 朗威DISLab光学套件

实验装置图见图19-2。

图19-2

图19-2 实验装置图

实验过程与数据分析

1.将相对光照度分布传感器置于竖式光具座底部并接入数据采集器;

2.将单缝至光强分布传感器的距离L调整为60~70cm;

3.打开配套光源的开关,使用偏振片将光强调整到适当(以消除图线“平顶”现象为准),得到衍射图线(图19-3);

图19-3

图19-3 缝宽为0.08mm时的衍射图像

4.观察图中光强条纹,可见其遵循以下规律:中央条纹最亮,同时也最宽,约为其他明条纹宽度的两倍。中央条纹两侧,光强度迅速减小,直至第一暗条纹;随后光强又逐渐增大成为第一明条纹,依此类推。分析图中光强条纹与光强图线的对应关系,可见光强条纹的明暗、宽窄都对应着光强图线的高低及宽窄;

5.改变单缝与光传感器的间距L,可见条纹和光强度图线基本不发生变化;

6.换用缝宽为0.1mm的单缝,可见单缝变宽,则光强条纹变窄的同时亮度增加,对应的光强度图线中央峰变窄、变高(图19-4);

图19-4

图19-4 缝宽为0.1mm时的衍射图像

7.总结可知:光的衍射仅与缝的宽度有关。缝宽越大,光强度(光的能量)越集中于中央条纹,所形成的图线中央峰窄而高。随着缝宽进一步加大,衍射图线的中央峰将被压缩成一条亮线,基本观察不到衍射波形。此时可以认为光是以直线传播的。因此,光的衍射实验是对光的波动特性的最直接、最有力的支持。

注意

本手册所涉及的光学实验均使用朗威DISLab教材专用软件完成。

用相对光照度分布传感器进行的拓展实验详见实验33~实验39。

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发布时间:2012/3/31 16:51:56  阅读次数:13402

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