《实验-单缝衍射》课件.ppt

实验名称： 应用计算机 测定单缝衍射的光强度分布与缝宽 实验目的 实验原理及背景知识介绍 实验内容 实验仪器介绍 实验步骤 注意事项 实际操作 思考题 实验目的： 了解单缝衍射现象及其应用。 运用计算机及传感器测定单缝衍射光强度分布与单缝缝宽。 培养运用计算机及科学工作室接口进行综合物理实验的能力。 实验原理及背景知识介绍： 　　　光在传播过程中经过障碍物，如狭缝、小孔、不透明物体的边缘、细线等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。 　　　 夫琅和费(Joseph Faunhofer) 　　1787.3～1826.6。德国人。天体物理学之父。他于1815年制成第一架分光镜；第一个用钠火焰的黄光作为单色光源；并制造出许多当时最佳的折射望远镜。于1821年研究单缝衍射(夫琅和费衍射)现象，并制成衍射光柵。1823年得出光柵方程式。1824年创制配有转仪镜的赤道式装置的望远镜。 　　　当用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3毫米宽），在狭缝后１.0米左右的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图１所示。 　　　由惠更斯-菲涅耳原理可严格计算出单缝衍射光强相对分布：单缝衍射各级明纹光强分布不同，中央明纹和其它明纹的角宽度不同，暗条纹等间距；而次极大彼此不等间距，但随着级数k的增加，趋于等间距。本实验通过测量±Ｋ极暗纹的间距Ｄk，根据衍射现象中暗纹形成原理得出缝宽　的计算公式： 实验内容： １．观察不同缝宽的单缝衍射现象 　　利用配有不同缝宽的演示单缝装置，观察不同 缝宽的单缝衍射现象，并记录观察到的实验现象。 实验仪器介绍： １．光传感器 ２．旋转移动传感器 ３．科学工作室500型接口 光传感器 光传感器用于检测光的相对光强度。传感器的增益分为可以改变的1、10、100三个档位，其信号输出端接入科学工作室的模拟接口。传感器通光口采光屏处安装有光圈调节装置 。 光圈调节装置 该装置由6个宽度不同的通光缝构成，用来调节进入传感器的光强度。使用时通过灵活选择增益以及通光缝的宽度，可以使传感器的可测量范围变得较大。通光缝越宽，进入光传感器的光强度越大，反之越小。 光圈装置中狭缝的调节： 旋转移动传感器 旋转移动传感器测量旋转和线性运动。该传感器上的分格有一个光学编码器，每旋转一分格最大可产生 1440 个脉冲。 旋转移动传感器的信号输出线接入科学工作室的1、2口。 旋转移动传感器的使用： 科学工作室500型接口 科学工作室接口与传感器的连接 工作中的科学工作室接口 半导体激光器 磁性表座 二 维 调 节 架 单缝装置 实验步骤： １．熟悉各实验仪器，调整激光器发射出的激光光线与光具座平行，并能被光传感器的接收孔准确接收。 注意事项： 激光发射器不能正对眼睛，以免受到伤害。 严禁用手触摸单缝装置。 预习题： 实验中光传感器的插头应连接到科学工作室的哪个口？ 实验中旋转移动传感器的插头应连接到科学工作室的哪个口？ 有哪些方法可确定激光光线已水平传播？本实验中如何操作？ 如何确定光传感器的通光狭缝和增益选择已处于最佳状态。 实验中应如何操作旋转移动传感器（包括动作与移动范围）才能采集到最佳的单缝衍射图案？ 实 际 操 作 　　1．熟悉完各实验仪器后，连接电路并确保正确。调整两表座处于光具座横向中央位置、并尽量远离光传感器的接收屏，表座磁性应处于开启状态。 实 际 操 作 2．调整各仪器的初状态位置至最合适：将旋转移动传感器移至光具座水平中央位置（左图）；任意选择一狭缝做为光圈装置的通光缝；关闭单缝装置下方表座磁性，移开该表座及单缝装置（右图）；打开激光器电源，旋松激光发射器下方磁性表座的固紧螺丝a，调节二维调节架的方向与高度，使激光尽可能地入射到光圈装置的通光缝（下一张图）。 实 际 操 作 ３．移动单缝装置及磁性表座至光具座上靠近激光发射器处，注意此时单缝装置下方的表座磁性应处于关闭状态，否则将使装置和操作者处于极危险状态。记住激光照射在单缝装置上的位置和其下方的磁性表座在光具座上的横向位置（可以米尺或光具座边缘作参照物，下一张图）。 实 际 操 作 4．移动单缝装置及磁性表座至光具座上靠近接收屏、且在光具座上的横向位置应与移动前完全一致。 注意在移动磁性表座时动作应轻缓、不可在光具座表面拖动，且单缝装置的高度不可在此时调整。 实 际 操 作 5．调节二维调节架上两微调螺丝，使激光照射到单缝上的位置与单缝装置移动前激光照射到单缝上的位置（左图）完全一致。可重复操