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实验十: 单缝衍射

 

【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“波粒二相性”。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,并呈现出光强度(宽度和亮度)分布不均的条纹的现象。

【实验器材】
    思迈Prodigy Lab 数据采集器、光强传感器、计算机、竖式光具座、配套激光光源、偏振片和缝宽为0.08mm和0. 1mm单缝。

【实验装置图】

【实验过程与数据分析】
1.将光强度传感器置于竖式光具座底部并接入数据采集器。
2.将缝宽为0.08mm单缝至光强度传感器的距离L调整为60~70cm。
3.打开配套光源的开关,使用偏振片将光强度调整到适当(以消除图线“平顶”现象为准),得到的衍射图线。
4.观察图中的光强条纹,发现其有哪些特征?
可见其遵循以下规律:中央条纹最亮,同时也最宽。约为其他条纹宽度的两倍。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.改变单缝至光传感器的间距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,可观察到: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。
7.总结实验结论。
光的衍射仅与缝的宽度有关。缝宽越大,光强度越集中于中央条纹,所形成的图线中央峰窄而高。随着缝宽增大,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,光的衍射反映了光的波动性。

       
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