單縫衍射測波長

1、單縫衍射測波長通過單縫衍射實驗，可具體地觀察到單縫衍射現(xiàn)象，學(xué)習(xí)利 用單縫衍射進行光波波長的測量，同時在實驗中掌握 WDY-1 型 單縫衍射儀的使用方法。實驗?zāi)康牧私鈫慰p衍射的特點，加深對光的波動性的認識。學(xué)會用單縫衍射儀測量光波波長。實驗原理及方法 如圖1所示，通過單縫后的衍射光經(jīng)透鏡L （相當于望遠鏡 的物鏡）會聚屏P上，在屏上呈現(xiàn)出明暗相間的單縫衍射圖像。圖1由惠更斯一菲涅耳源理可推得單縫衍射的光強分布兀a sin 0兀a sin 0sin2u=I 00 u 2式中a是單縫的寬度，九為衍射光的波長，0為衍射角。當0 =0時，/二/，這是衍射圖像中光強的最大值，稱為中央主極大。00當 si

2、n 0 =匹，（k =0，1, 2, 3, ）時，則 u 二加,I = 0，a0出現(xiàn)暗紋。實際上0角很小，所以一般暗紋出現(xiàn)在0 sin0=叫處， a因此，中央主極大兩側(cè)暗紋之間的角寬度為A0=込，而其它相鄰 a暗紋之間的角度均為A0 =色。a除了中央主極大之外,兩相鄰暗紋之間都有一次極強,計算 得出次極強在下列位置：0qsin0=1.43 , 土2.46 , 3.47 ,aaa=0.047， 0.017， 0.008I如圖2所示。0/a1.4343AU2AA5A扁目圖20/a1.4343AU2AA5A扁目在實驗中，一般采用測量暗紋的中心位置，因為1）暗紋的中心位置易確定2）中央亮紋兩側(cè)暗紋的中

3、心位置呈等距離分布。在圖1中卩“是第k級暗紋的中心位置，則有ksinO =PPa在測量中一般采用測量+k與一k兩級暗紋的中心位置，令l - pp - sinO =PPa在測量中一般采用測量+k與一k兩級暗紋的中心位置，令l - pp - 2PP，則上式可改寫為k k - kk 0lI12(f + AX)2 + +43）al k2k ：(f + Ax)2 + 罟4）式中l(wèi)k只有焦距于的1%左右，12與（f + AX）2相比更小，可以忽略kIt的影響，則式（4）可簡化為如下形式4al九=k2k (f + Ax)5)測出單縫寬a與中央亮紋對稱的兩條暗紋的中心們置求得lk,知k道衍射級數(shù)k,望遠鏡焦距

4、f,由望遠鏡上讀出聚焦調(diào)節(jié)量（像方截距）Ax值，即可由式（5）算出所測單色光的波長九儀器構(gòu)造及使用鈉光燈，WDY1型單縫衍射儀，讀數(shù)顯微鏡等。圖 3 WDY-1 型單縫衍射儀結(jié)構(gòu)圖1單縫 2縫寬調(diào)節(jié)螺絲 3單縫與望遠鏡筒的緊固螺絲4讀數(shù)窗 5望遠鏡調(diào)焦螺旋 6測微手輪 7測微目鏡8望遠鏡仰角調(diào)節(jié)螺絲 9支架及底座WDY1 型單縫衍射儀結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，相當一個加裝測 微目鏡的望遠鏡，可調(diào)單縫套在望遠鏡物鏡上。如果鈉光燈距物 鏡的距離可視為無限遠，則單縫衍射圖樣將呈現(xiàn)在物鏡的后焦平 面上，望遠鏡的目鏡是一個測微目鏡，分劃板裝在目鏡的前焦平 面上，即單縫 衍射圖樣恰好成在分劃板上，借助分劃板上準

5、線 的移動可測出各條紋間的距離。實際上，光源不可能放在無限遠處，這時衍射圖樣不能恰好 成在分劃板上。若要在分劃 板上能看到清晰的衍射圖樣，就必 須稍微將物鏡前移一些，前移量 x 由讀數(shù)窗中所示位置 讀出(Ax =0的位置，相當于物鏡后焦平面與目鏡前焦平面重合的位置)。讀數(shù)顯微鏡的使用參閱“讀數(shù)顯微鏡及測量方法簡介”有關(guān) 部分。實驗內(nèi)容調(diào)節(jié)單縫的寬度，觀察衍射圖樣隨縫寬變化的特點。測量鈉黃光的波長。測量縫寬。將單縫置于讀數(shù)顯微鏡下測量單縫兩邊緣的位 置a、a并計算。左右操作重點及難點望遠鏡的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)目鏡使分劃板上的十字叉絲清晰。調(diào)節(jié)單縫方向使之與鈉光燈的光窗縫平行。調(diào)節(jié)叉絲方向使其中一根與衍射條紋平行。調(diào)節(jié)望遠鏡的物鏡，使看到的衍射條紋非常清晰，此時即 可記下Ax的值。注意事項lk與縫寬a的測量都是通過測量兩個位置而確定的，并且都k是通過測微手輪實現(xiàn)測量的，因此在lk與a的測量過程中，測微 k手輪只能朝一個方向旋轉(zhuǎn)，每個測量的起始位置應(yīng)該在要測量的兩個位置之外（例如，要實現(xiàn)從a向a的測量，起始位置應(yīng)在a左 右 左的左側(cè)，使得在測量a位置之前，叉絲就是由左向右移動的）。左設(shè)計性實驗設(shè)計一個實驗方案，用以驗證單縫寬度與中央明紋寬度之間的函數(shù)關(guān)系。預(yù)習(xí)思考題為