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 朗威DISLab光学套件

实验装置图见图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 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 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。

注

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。

发布时间：2012/3/31 下午4:51:56  阅读次数：14738