衍射法測(cè)量細(xì)絲直徑

衍射法測(cè)量細(xì)絲直徑得分得分教師簽名批改日期一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察細(xì)絲夫瑯和費(fèi)衍射現(xiàn)象。2.掌握細(xì)絲衍射相對(duì)光強(qiáng)的測(cè)量方法，并求出細(xì)絲直徑。二、實(shí)驗(yàn)原理1.夫瑯和費(fèi)衍射衍射是波動(dòng)光學(xué)的重要特征之一。衍射通常分為兩類：一類是滿足衍射屏離光源或接收屏的距離為有限遠(yuǎn)的衍射，稱為菲涅耳衍射；另一類是滿足衍射屏與光源和接收屏的距離都是無限遠(yuǎn)的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和離開衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，稱為夫瑯和費(fèi)衍射。菲涅耳衍射解決具體問題時(shí)，計(jì)算較為復(fù)雜。而夫瑯和費(fèi)衍射的特點(diǎn)是，只用簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得出準(zhǔn)確的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，夫瑯和費(fèi)衍射用兩個(gè)會(huì)聚透鏡就可以實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)用激光器作光源，由于激光器發(fā)散角小，可以認(rèn)為是近似平行光照射在單縫上；其次，細(xì)絲直徑為0.1mm，細(xì)絲距接收屏如果大于1米，縫寬相對(duì)于縫到接收屏的距離足夠小，大致滿足衍射光是平行光的要求，也基本滿足了夫瑯和費(fèi)衍射的條件：I=IaO角?為入射波長(zhǎng)O2.菲涅耳假設(shè)和光強(qiáng)度物理學(xué)家菲涅耳假設(shè)：波在傳播的過程中，從同一波陣面上的各點(diǎn)這面上各點(diǎn)發(fā)出的子波，在空間某點(diǎn)P所引起光振動(dòng)振幅的大小與面元面積成正比，與面元到空間某點(diǎn)的距離成反比，并且隨細(xì)絲平面法線與衍射光的夾角(衍射角)增大而減小，計(jì)算細(xì)絲所在處波陣面上各點(diǎn)發(fā)出間某點(diǎn)的光強(qiáng)，本質(zhì)上是光波在該點(diǎn)振動(dòng)的總強(qiáng)度。設(shè)細(xì)絲的寬度AB=a，細(xì)絲到接收屏之間的距離是L，衍射角為Ф的光K式中，Ф為光軸與衍射光線之間的夾角，叫衍射角。如果子波在P點(diǎn)引起的光振動(dòng)完全相互抵消，光程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)2在兩個(gè)第一級(jí)(K=±1)暗紋之間的區(qū)域(-λ＜asin＜λ)為中央由(9-2)式可以看出，當(dāng)光波長(zhǎng)的波長(zhǎng)一定時(shí)，細(xì)絲直徑a愈小，衍射角Ф愈大，在屏上相鄰條紋的間隔也愈大，衍射效果愈顯著。反之，a愈大，各級(jí)條紋衍射角Ф愈小，條紋向中央明紋靠攏。a無限大，衍射現(xiàn)象3.細(xì)絲衍射的光強(qiáng)分布根據(jù)惠更斯—菲涅耳原理可以推出，當(dāng)入射光波長(zhǎng)為λ，細(xì)絲直徑入(9-3)O根據(jù)上面的光強(qiáng)公式，可得細(xì)絲衍射的特征如下：O為中央主極大，中央明紋寬度由k=士1的兩個(gè)暗條紋的衍射角所確定，即aasin=士k入時(shí)有：I＝0。且任何兩相鄰暗條紋間的衍射角的差值0(3)次級(jí)明紋，在兩相鄰暗紋間存在次級(jí)明紋。它們的寬度是中央亮條紋寬度的一半。這些亮條紋的光強(qiáng)最大值稱為次極大。其角位置依次是aaa把上述的值代入光強(qiáng)公式(9-3)中，可求得各級(jí)次明紋中心的強(qiáng)度為000對(duì)光強(qiáng)分布曲從上面特征可以看出，各級(jí)明紋的光強(qiáng)隨著級(jí)次K的增大而迅速減小，而暗紋的光強(qiáng)亦分布其間，細(xì)絲衍射圖樣的相對(duì)光強(qiáng)分布如為為當(dāng)當(dāng)時(shí)出現(xiàn)暗紋，設(shè)第k級(jí)暗紋離光軸的距離，，三、實(shí)驗(yàn)儀器用途用途連接計(jì)算機(jī)和光傳感器，使光傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)處理光傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)長(zhǎng)為650nm發(fā)出激光測(cè)量角速度、角加速度和角位移，也可測(cè)量速度、加速度和位移儀器名稱計(jì)算機(jī)和DataStudio光傳感器小型激光器轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器小孔屏主要參數(shù)M最大的有效輸入電壓范圍±10V——CI7650CI6874CI650-OS8514CI-6538四、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接好裝置，打開燈源；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)和DataStudio軟件并調(diào)節(jié)好相應(yīng)參數(shù)2、調(diào)節(jié)好裝置，使激光通過裝置發(fā)生衍射，并在光傳感器上得到衍射圖3、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器，測(cè)量不懂級(jí)明紋的光強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)上得到相應(yīng)數(shù)據(jù)三、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理L=86cm這是一種人造纖維的衍射數(shù)據(jù)這是人體頭發(fā)衍射數(shù)據(jù)四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與總四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)總結(jié)總分案