实验1 单缝衍射实验
物理实验——单缝衍射实验(研究光的夫琅禾费衍射现象)
2 a
0
实验内容：
1、激光器为光源，调节光路并观 察单缝衍射花样。
2、以钠灯为光源，测量单缝宽度a
2．当 u k （ k 1, 2, 3,...），即
a sin k 时， I 0 ，衍射光强有极
小值，对应于屏上暗纹。
主极大两侧暗纹之间的角宽度 2 a， 而其他相邻暗纹之间的角宽度 a ， 即中央亮纹的宽度为其他亮纹宽度的 两倍。
I/I0
显然单缝宽度：
研究光的夫琅禾费衍射现象
（观察单缝衍射现象）
实Hale Waihona Puke 目的：1、观察单缝的夫琅禾费衍射现象及 其随单缝宽度变化的规律，加深对光 的衍射理论的理解。
2、利用衍射花样测定单缝的宽度。
实验原理：
S L1 D L2 P0 Pθ
θ
sin u I I 0 2 u
2
a sin u
I I 0，衍射光 1．当u 0 即( 0 ）时， 强有最大值。此光强对应于屏上P0 点， I 0 的大小决定于光源的亮 称为主极大。 度，并和缝宽 a 的平方成正比。
单缝衍射实验报告分析
一、实验目的本次实验旨在通过观察和分析单缝衍射现象，验证衍射理论，并探究单缝衍射的规律。
通过实验，我们希望了解光波遇到障碍物时产生的衍射现象，以及如何通过实验数据来分析单缝衍射的光强分布。
二、实验原理当光波通过一个狭缝时，会发生衍射现象，光波在狭缝后方的空间中形成一系列明暗相间的条纹。
根据惠更斯-菲涅尔原理，光波在传播过程中，每一个波前上的点都可以看作是次级波源，这些次级波源发出的波前在狭缝后方相遇，从而形成干涉和衍射现象。
单缝衍射的光强分布可以用以下公式描述：\[ I(\theta) = I_0 \left(\frac{\sin(\beta)}{\beta}\right)^2 \]其中，\( I(\theta) \) 是与光轴成角度 \( \theta \) 处的光强，\( I_0 \) 是中央亮条纹的光强，\( \beta \) 是衍射角。
三、实验仪器与步骤1. 实验仪器：激光器、单缝衍射板、光学导轨、光屏、光强测量仪、计算机等。
2. 实验步骤：- 将激光器、单缝衍射板、光学导轨和光屏按照实验要求依次放置。
- 调节激光器、单缝衍射板和光屏，确保光路等高共轴。
- 调节单缝衍射板的缝宽，记录不同缝宽下的衍射条纹情况。
- 利用光强测量仪测量不同衍射条纹的光强，并记录数据。
- 将实验数据输入计算机，绘制光强分布曲线。
四、实验结果与分析1. 实验现象：- 当缝宽较大时，衍射条纹间距较小，且中央亮条纹较宽。
- 当缝宽较小时，衍射条纹间距增大，且中央亮条纹变窄。
- 当缝宽接近光波波长时，衍射现象更加明显，形成清晰的衍射条纹。
2. 数据分析：- 通过实验数据，我们可以观察到单缝衍射的光强分布符合上述公式，即光强随衍射角度的增大而减小。
- 在实验过程中，我们发现当缝宽接近光波波长时，衍射现象最为明显，这与衍射理论相符。
五、实验结论1. 通过本次实验，我们验证了单缝衍射现象的存在，并了解了衍射条纹的形成原理。
2. 实验结果表明，单缝衍射的光强分布符合衍射理论，即光强随衍射角度的增大而减小。
单缝衍射实验报告
单缝衍射实验报告实验目的：通过单缝衍射实验，观察光的衍射现象，验证光的波动性质。
实验仪器与材料：1. 激光器。
2. 单缝装置。
3. 屏幕。
4. 尺子。
5. 电池。
实验原理：当光通过狭缝时，会产生衍射现象，即光波会在狭缝后面形成一系列明暗相间的条纹。
这是由于光波的波长和狭缝的大小相当，导致光波在通过狭缝后发生衍射。
实验步骤：1. 将激光器设置在一定的位置，使其光线垂直射向单缝装置。
2. 调整单缝装置，使其与激光器的光线垂直，并将屏幕放置在单缝后方一定的距离处。
3. 打开激光器，观察在屏幕上形成的衍射条纹。
4. 测量衍射条纹的间距和角度，并记录实验数据。
实验结果与分析：通过实验观察，我们发现在屏幕上形成了一系列明暗相间的条纹，这些条纹呈现出明显的衍射特征。
通过测量衍射条纹的间距和角度，我们可以计算出光波的波长和单缝的大小，进一步验证了光的波动性质。
实验结论：通过单缝衍射实验，我们验证了光的波动性质，并观察到了光的衍射现象。
实验结果与理论预期相符，证明了光的波动性质对于光的传播和衍射现象具有重要意义。
实验的意义：单缝衍射实验是深入理解光的波动性质和衍射现象的重要实验之一。
通过这个实验，我们可以更加直观地认识光的波动特性，加深对光学原理的理解，为光学研究和应用提供重要的实验依据。
总结：通过本次实验，我们深入了解了光的波动性质和衍射现象，实验结果与理论预期相符，验证了光的波动性质。
这对于我们进一步学习光学知识和探索光学应用具有重要的意义。
希望通过本次实验，能够激发大家对光学的兴趣，促进光学领域的发展和应用。
单缝衍射实验实验报告
一、实验目的1. 观察并了解单缝衍射现象及其特点。
2. 学会使用光电元件测量单缝衍射光强分布，并绘制光强分布曲线。
3. 通过单缝衍射的规律计算单缝的宽度。
二、实验原理单缝衍射是指当光波通过一个狭缝时，光波在狭缝后方形成一系列明暗相间的衍射条纹。
这种现象是由于光波在通过狭缝时，波前受到限制，从而发生衍射，形成衍射条纹。
单缝衍射的原理基于惠更斯-菲涅耳原理，即波前的每一个点都可以看作是次级波源，这些次级波源发出的波在空间中相互干涉，形成衍射条纹。
单缝衍射的光强分布可以用以下公式表示：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin^2 \left( \frac{\pi a \sin \theta}{\lambda} \right)}{\left( \frac{\pi a \sin \theta}{\lambda} \right)^2} \right) \]其中，\( I \) 是衍射条纹的光强，\( I_0 \) 是入射光的光强，\( a \) 是狭缝宽度，\( \theta \) 是衍射角，\( \lambda \) 是入射光的波长。
三、实验仪器1. 激光器2. 单缝衍射装置3. 光电探头4. 数字式检流计5. 白屏6. 光具座四、实验步骤1. 将激光器、单缝衍射装置、光电探头、白屏和光具座按照实验要求连接好。
2. 打开激光器，调节光路，使激光束垂直照射到单缝上。
3. 将光电探头放置在单缝后方，调整位置，观察并记录不同位置的光强值。
4. 改变狭缝宽度，重复步骤3，记录不同狭缝宽度下的光强分布。
5. 将光强值与位置数据整理成表格，绘制光强分布曲线。
五、实验结果与分析1. 观察到单缝衍射现象，在单缝后方形成了一系列明暗相间的衍射条纹。
2. 通过光电探头测量不同位置的光强值，绘制光强分布曲线。
3. 通过光强分布曲线，可以观察到以下特点：- 中央亮条纹最宽，两侧亮条纹逐渐变窄。
- 亮条纹之间有暗条纹，暗条纹的宽度逐渐减小。
单缝衍射光强分布实验及不确定度计算
单缝衍射光强分布实验及不确定度计算
一、实验原理
单缝衍射实验是研究光通过窄缝的衍射现象。
当单色光照射在窄缝上时，光线会绕过窄缝并在屏幕上产生衍射条纹。
根据波动理论，这些条纹的宽度和形状可以通过衍射角和缝宽来计算。
二、实验步骤
1.准备实验器材：单缝装置、激光器（发出波长已知的单色光）、屏幕、尺子、测角
仪。
2.将激光器固定在单缝装置上，确保光束垂直照射在单缝上。
3.将屏幕放在离单缝一定距离的位置，确保屏幕上的衍射条纹清晰可见。
4.使用尺子测量单缝的宽度（精确到0.01mm）。
5.使用测角仪测量衍射条纹之间的角度（精确到0.1°）。
6.记录数据，至少进行3次实验以减小误差。
三、不确定度计算
根据实验数据，我们可以计算出衍射条纹的宽度和形状。
不确定度可以通过以下公式计算：
其中，ΔI是总不确定度，I是衍射条纹的平均光强，N是实验次数，ΔI0是激光器的光强波动范围。
四、实验结果与讨论
根据实验数据，我们可以得出衍射条纹的宽度和形状，以及它们与缝宽和波长的关系。
同时，我们还可以讨论不确定度对实验结果的影响。
单缝衍射实验实验报告
单缝衍射实验实验报告一、实验目的1、观察单缝衍射现象，了解其特点和规律。
2、测量单缝衍射的光强分布，验证衍射理论。
3、学习使用光传感器和计算机软件进行数据采集和处理。
二、实验原理当一束光通过一条狭窄的缝隙时，会在屏幕上形成明暗相间的条纹，这种现象称为单缝衍射。
其光强分布可以用菲涅耳半波带法来解释。
假设单缝的宽度为＄a$，入射光的波长为＄＼lambda$，衍射角为＄＼theta$。
根据半波带法，将单缝处的波阵面分成若干个半波带。
当缝宽＄a$ 满足一定条件时，相邻半波带发出的光在屏幕上的某些位置会相互抵消，形成暗条纹；而在其他位置，光会相互加强，形成亮条纹。
单缝衍射的光强分布公式为：＼I ＝ I_0 ＼left(＼frac{＼sin ＼beta}｛＼beta}＼right)＾2\其中，＄I_0$ 是中央明纹的光强，＄＼beta ＝＼frac{＼pi a ＼sin＼theta}｛＼lambda}＄。
三、实验仪器1、氦氖激光器2、单缝装置3、光传感器4、数据采集卡5、计算机及相关软件6、光屏四、实验步骤1、调整实验装置将氦氖激光器、单缝装置和光屏依次放置在光学导轨上，并使其中心大致在同一高度。
调整单缝装置，使单缝与激光束垂直，并使单缝的宽度适中。
2、连接仪器将光传感器与数据采集卡连接，再将数据采集卡与计算机连接。
打开计算机上的相关软件，设置采集参数，如采样频率、采样点数等。
3、测量光强分布移动光屏，使激光束通过单缝后在光屏上形成清晰的衍射条纹。
将光传感器放置在光屏上，从中央明纹开始，沿着衍射条纹的方向逐点测量光强，并记录数据。
4、数据处理将采集到的数据导入计算机软件中，进行处理和分析。
绘制光强分布曲线，并与理论曲线进行比较。
五、实验数据及处理以下是实验中测量得到的光强数据（单位：相对光强）：｜位置（mm）｜光强｜｜｜｜｜－15 ｜ 001 ｜｜－12 ｜ 003 ｜｜－9 ｜ 008 ｜｜－6 ｜ 015 ｜｜－3 ｜ 025 ｜｜ 0 ｜ 100 ｜｜ 3 ｜ 025 ｜｜ 6 ｜ 015 ｜｜ 9 ｜ 008 ｜｜ 12 ｜ 003 ｜｜ 15 ｜ 001 ｜根据上述数据，绘制出光强分布曲线如下：此处插入光强分布曲线图从曲线中可以看出，中央明纹的光强最大，两侧光强逐渐减小，并且出现了一系列明暗相间的条纹。
单缝衍射实验报告
一、实验目的1. 观察单缝衍射现象及其特点；2. 测量单缝衍射的光强分布；3. 应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽。
二、实验原理当光波遇到障碍物时，会发生衍射现象。
单缝衍射是光波通过狭缝后，在屏幕上形成明暗相间的条纹图样。
根据夫琅禾费衍射原理，当狭缝宽度与入射光波长相当或更小时，衍射现象较为明显。
三、实验仪器1. 激光器；2. 单缝二维调节架；3. 小孔屏；4. 一维光强测量装置；5. WJH型数字式检流计；6. 导轨。
四、实验步骤1. 将激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置依次放置在导轨上，调整激光器与小孔屏的等高共轴；2. 调整单缝二维调节架，使激光束通过单缝；3. 调整小孔屏与单缝的距离，使衍射条纹清晰地显示在屏幕上；4. 在屏幕上测量不同位置的衍射条纹光强，并记录数据；5. 改变单缝宽度，重复步骤3和4，观察衍射条纹的变化；6. 利用测量数据，绘制光强分布曲线，并与理论曲线进行比较。
五、实验结果与分析1. 观察衍射现象：通过实验，我们观察到单缝衍射现象，屏幕上出现明暗相间的条纹图样。
随着单缝宽度的减小，衍射条纹变得更加明显，且条纹间距增大。
2. 测量光强分布：通过一维光强测量装置，我们测量了不同位置的衍射条纹光强，并记录数据。
根据数据，绘制了光强分布曲线，并与理论曲线进行了比较。
实验结果与理论曲线基本吻合，说明单缝衍射规律符合夫琅禾费衍射原理。
3. 计算单缝缝宽：根据光强分布曲线，我们可以计算单缝的缝宽。
通过测量数据，我们得到单缝宽度约为2.5mm。
六、实验结论1. 单缝衍射现象符合夫琅禾费衍射原理，衍射条纹的光强分布与理论曲线基本吻合；2. 通过实验，我们验证了单缝衍射规律，并计算了单缝的缝宽。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意保持光路等高共轴，以保证衍射条纹的清晰显示；2. 调整单缝宽度时，应缓慢进行，避免剧烈震动导致数据误差；3. 在测量光强分布时，注意记录数据，以便后续分析。
验证光的衍射现象的单缝衍射实验
验证光的衍射现象的单缝衍射实验引言：光的衍射现象是波动理论的重要实验依据之一，它揭示了光的波动性质以及对物质的相互作用。
在光的衍射现象中，单缝衍射实验是最简单而经典的实验之一。
通过这一实验我们可以探索光的本质以及光的波动特性的定量描述。
1. 物理定律：单缝衍射实验是基于赫曼-黑哥尔原理，该原理可以用一定几何和数学方法进行定量描述。
根据这一原理，当一束光通过一个细缝时，光波将沿着该缝传播，并在其后形成一个衍射图样。
光的衍射图样是由光波在细缝周围扩散和干涉引起的。
衍射图样的形状和干涉效应依赖于缝的宽度和光的波长。
2. 实验准备：为了进行单缝衍射实验，我们需要以下实验器材和材料：- 激光光源：提供单色、单波长的光源，以确保实验的准确性。
- 平面单缝：制备具有可调节宽度的单缝，例如通过在暗光条件下通过金属或胶片上刻蚀细缝。
- 半球导轨：用于固定和调节单缝以及测量角度和位置。
- 光屏：放置在单缝后面，用于记录衍射图样。
- 角度测量装置：如经纬仪或光学转台，用于测量衍射角和缝与光屏之间的距离。
3. 实验过程：- 准备实验室环境，确保减少环境光的干扰。
将实验装置放置在黑暗的实验室中，以确保光屏上记录的图样是弥散光的衍射图样，而不是来自其他光源的杂散光。
- 将激光光源对准单缝，并调节导轨，使得光直接通过缝到达光屏。
可以使用一个狭缝光圈来确保光束的直线传播，并限制一狭缝的高斯波包括多个不同波向，而不是一个具有明确波向的单个光子波包。
- 利用角度测量装置来测量衍射角和缝与光屏之间的距离。
通过对不同宽度和角度的缝进行测量，可以绘制出光的衍射图样。
- 根据实验测量得到的数据，可以使用波动理论的相关方程进行计算和分析，从而验证光的衍射现象。
4. 实验应用和其他专业性角度：单缝衍射实验有广泛的应用和意义。
具体包括：- 研究光的波动性：通过单缝衍射实验，我们可以验证光的波动性并量化描述光的衍射现象。
这对于深入研究光的本质和波动力学有重要意义。
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实验1单缝衍射实验
1.1 实验设置的意义
微波和光波都是电磁波，都具有波动这一共同性，即能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。
因此用微波作光波波动实验所说明的波动现象及其规律是一致的。
由于微波的波长比光波的波长在量级上差一万倍左右，因此用微波设备作波动实验比光学实验要更直观、方便和安全，所需要设备制造也较容易。
本实验就是用微波分光仪，演示电磁波遇到缝隙时，发生的单缝衍射现象。
1.2 实验目的
1．了解微波分光仪的结构，学会调整它并能用它进行实验。
2．进一步认识电磁波的波动性，测量并验证单缝衍射现象的规律。
1.3 实验原理
图1 单缝衍射原理
如图1，当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。
在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。
在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为1
Sin λ
α
−=min φ ，其中λ是波长，a 是狭缝宽度。
两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：1
32Sin λα−⎛⎞=•⎜
⎟⎝
⎠max φ 实验仪器布置如图2，仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽，当该板放到支
座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的900刻度的一对线一致。
转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处，此时小平台的00就是狭缝平面的法线方向。
这时调整信号电平使表头指示接近满度。
然后从衍射角00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变20 读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。
此实验曲线的中央较平，甚至还有稍许的凹陷，这可能是由于衍射板还不够大之故。
图2 单缝衍射仪器配置
1.4 实验内容与测试
1.4.1 实验仪器设备
微波分光仪
1.4.2 测量内容
当设置电磁波入射到单缝衍射板上时，在接收天线上将检测到信号，通过改变接收天线的角度，得到接收微安表显示的数值。
在单缝的两侧使衍射角每改变20读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。
1.4.3 测量方法与步骤
1．打开DH1121B的电源；
a
2．将单缝衍射板的缝宽调整为70mm左右，将其安放在刻度盘上，衍射板的边线与刻度盘上两个90°对齐；
3．调整发射天线使其和接收天线对正。
转动刻度盘使其1800的位置正对固定臂（发射天线）的指针，转动可动臂（接收天线）使其指针指着刻度盘的0°处，使发射天线喇叭与接收天
线喇叭对正；
4．依次微调发射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射强度分布的中央极大位于0°；调节发
射和接收衰减器，使中央极大值的信号电平处于80—90μΑ；在±500
的范围内转动接收天线，观察衍射强度分布，认为分布合理后开始测量。
5．将微波分光仪的活动臂转到衍射角为－500
后开始读数，衍射角每改变2°读取一次微安表的读数并作好记录，一直读到衍射角为＋50°。
6．作出单缝衍射的相对强度与衍射角的关系曲线（以衍射角ϕ为横轴，电流值为纵轴），确定出极大和极小衍射角的实验值。
P I
注意事项
1．衰减器调整要适当，太小则观察不便，太大则可能使电流表指针满偏。
2．单缝衍射实验时每隔2°记录一次。
3．为保证实验结果能与理论结果进行比较，开始测量前要反复调整仪器、观察衍射强度分布，尽可能将中央极大值的位置调整在00处。
1.5 结果分析与实验报告
1.单缝衍射
单缝宽= mm，微波波长a λ=32.02mm
ϕ（0） -50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 -36 -34 -32 -30 -28 -26
I （uA ） ϕ（0） -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 I （uA ）
ϕ（0） 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
I （uA ）
ϕ（0
） 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 I （uA ）
2、由实验数据绘制I～ϕ曲线
3、从上面的曲线可以读出一级极小和一级极大值（度），并同理论值进行比较。