实验七光的衍射实验
光的单缝衍射
（1）第一级暗纹的方位是：
sin 1
a
（2）第二级暗纹的方位是：
2 sin 2 a
（3）第三级暗纹的方位是：
3 sin 3 a
3、相邻暗纹之间是一明纹，明纹的位置可由 I 取极值的条件确定
dI d sin u (I0 )0 2 du du u
2
a sin k (2k 1)
射球面子波的波源，dS 在波阵面前方任
一点 P 处引起的光振动为：
KdS r KdS 2r dE cos[ (t )] cos(t ) r c r
KdS 其中 是 dS 在 P 点引起的光振动的振幅，r 为 dS 到 P 点的光程。 K r
与 θ 有关，称为倾斜因子。
KdS 2r EP dE cos( t ) r
新的波阵面。惠更斯－菲涅尔原理能定性地描述衍射现象中
光的传播问题。 菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可 视为子波的波源，在空间某点 P 的振动是所有这些子波在该 点产生的相干振动的叠加，称为惠更斯－菲涅尔原理。
设光波在某时刻的波阵面为 S ， S 上 每一个微小的面积元 dS 都可以看做是发
2
（1）第一级明纹的方位是：
3 sin 1 1.43 a 2a
（2）第二级明纹的方位是：
5 sin 2 2.46 a 2a
（3）第三级明纹的方位是：
7 sin 3 3.47 a 2a
4、设中央明纹强度的峰值为 I0 则： （1）第一级明纹强度的峰值为
三、衍射的类型 （1）菲涅尔衍射：光源和观察点距障碍物为有限远的衍 射称为菲涅尔衍射。
光的衍射实验(通达)
亮 暗
a屏xFra bibliotekD2 sin u • 衍射光的光强为： I I 0 u2
• 其中： u sin ，I0是衍射条纹中央P0处的光强，λ 是单色光的波长，a是缝宽。
k ，（k＝±1， • 由此可求得暗条纹位置， sin a x ±2…） ； sin D 可见，暗条纹是以中央极大为中心，两侧等距分布的。
夫琅禾费多缝衍射光强分布图
数据处理要求
D= cm
每隔0.1mm测一组数据 Xn mm
横向坐标x= X1 mm
光强I
………
根据表格画出衍射光强图像，标出各级衍射光的级数，并根据衍
射光强分布的特点，判断出N=?
夫琅禾费圆孔衍射实验： 1、相同方法观测夫琅禾费圆孔衍射图像。 2、大致画出夫琅禾费圆孔衍射图像。
横向坐标x= X1 mm 光强I
………
根据一级衍射条纹的位置计算缝宽a：
a k D
极小值 2
x
3
项目 级数 坐标位置 相对光强
极大值 0 1 2
1
画出衍射光强分布图，并标出级数。
• 夫朗禾费多缝衍射： • 设每条缝宽为a，相邻两缝中心距为d，缝的数目为N。 在波长为λ，光强为I0的光正入射多缝板的条件下， d sin • sin u 2 sin N 2 I I 0 ( ) ( ) u sin • 除了共有的“衍射因子”之外，多出一个“干涉因子”。 这是由于各缝衍射光之间发生的干涉。但这些干涉条纹 又被单缝衍射因子调制，在强度分布上，要受到单缝衍 射图样的支配。例如当N＝5，d＝3a，5缝衍射时，干 涉因子的表现（b）受单缝衍射因子（a）的调制，而形 成新的综合分布（c）。因N＝5，在两个主极强之间出 现3个次极强（相邻主极强间有N-2个次极强）；由于d ＝3a，干涉因子第3级主极大正好与单缝衍射的第一个 暗纹重合，所以不能出现，形成缺级现象，同理，凡是 k为3的整倍数处都缺级。
光的衍射原理与实验研究
光的衍射原理与实验研究光的衍射原理是光学中重要的基础概念之一，它揭示了光在通过孔径或物体边缘时的特殊行为。
通过光的衍射现象，我们能够更深入地了解光的性质以及其与物质相互作用的规律。
本文将从衍射的基本原理、实验研究以及应用三个方面来探讨光的衍射现象。
衍射是光波在遇到孔径或物体边缘时发生的一种现象，它与波动性密切相关。
根据惠更斯－菲涅尔原理，每个点都被看作是次级波的发射源，这些次级波按照相位差的方式相互叠加，形成了衍射图样。
而根据菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射原理，我们可以通过衍射现象来推断出物体的形状和孔径的尺寸。
这些原理为光的衍射实验提供了理论指导和解释。
在实验研究中，光的衍射常常通过使用光源、光栅、干涉仪等设备来进行。
其中，光栅是一种常见的实验工具，它是由许多平行而细小的凹槽或凸起构成的，这些凹槽或凸起的间距相等。
通过光栅的使用，我们可以观察到衍射发生时所形成的干涉条纹，进一步研究光的衍射规律。
此外，使用干涉仪也可以通过衍射实验研究光的干涉和衍射现象。
尤其是杨氏干涉仪，它可以观察到明暗相间的干涉条纹，进一步揭示出光的衍射特性。
光的衍射除了在实验室中的研究，还在许多实际应用中发挥着重要的作用。
例如，衍射现象被广泛运用在光栅衍射光谱仪中，通过不同波长的光在光栅上的衍射，我们可以获得光谱图谱，从而分析物体的成分、结构等信息。
此外，光的衍射原理也在显微镜、激光技术等领域得到了应用。
通过光的衍射现象，显微镜可以观察到更加清晰的细胞结构和生物体特征。
而激光则利用衍射原理将光束进行调制和控制，实现了激光光斑的制备和定位。
总之，光的衍射原理与实验研究是光学领域中重要的研究内容。
通过探索光的衍射现象，我们可以深入了解光的行为与性质，为实际应用提供理论基础。
未来，我们可以进一步深化对光的衍射的研究，探索更多的应用领域，以推动光学领域的发展与创新。
光的衍射与色散实验方法总结
光的衍射与色散实验方法总结1. 实验简介光的衍射与色散是光学实验中常见的一种实验现象。
衍射是当光通过一个开口或者物体边缘时，光的传播方向会发生弯曲，产生扩散现象；色散则是指光在经过透镜或棱镜时，由于不同颜色的光波长不同，会产生不同的折射角度，从而分离出各种颜色的光。
本文将介绍光的衍射实验和色散实验的方法。
2. 光的衍射实验方法2.1 材料准备为了进行光的衍射实验，我们需要准备以下材料：- 光源：可以使用激光笔或者白炽灯等- 狭缝：用来产生衍射的光线- 屏幕：用来观察衍射图案的地方- 实验台：用来放置实验所需的器材2.2 实验步骤1. 将光源放置在实验台上，调整其位置和方向，使光线能够通过狭缝。
2. 将狭缝放置在光源后方的适当位置，并调整其宽度，使光线通过时形成较明显的衍射。
3. 将屏幕放置在狭缝后方的适当位置，并调整其距离，使得观察到的衍射图案清晰可见。
4. 观察衍射图案，记录其形状、颜色等特征，并进行分析和讨论。
3. 色散实验方法3.1 材料准备为了进行色散实验，我们需要准备以下材料：- 光源：可以使用白炽灯或者太阳光等- 三棱镜：用于折射光线并分离出不同颜色的光- 屏幕：用来观察分离出的光线的地方- 实验台：用来放置实验所需的器材3.2 实验步骤1. 将光源放置在实验台上，调整其位置和方向，使光线能够通过三棱镜。
2. 将三棱镜放置在光源后方的适当位置，并调整其角度，使得光线能够经过三棱镜并折射出来。
3. 将屏幕放置在三棱镜后方的适当位置，并调整其距离，使得观察到分离出的光线清晰可见。
4. 观察分离出的光线，记录其颜色、方向等特征，并进行分析和讨论。
4. 结论与讨论通过对光的衍射与色散实验的方法进行总结，我们可以得出以下结论：- 光的衍射实验可以通过调整光源、狭缝和屏幕的位置和大小，观察到不同形状和颜色的衍射图案，从而研究光的传播特性。
- 色散实验可以通过使用三棱镜将光分离出不同颜色的光线，观察到彩虹光谱，研究光波长与折射角度的关系，了解光的颜色分布规律。
大学物理光的衍射7
大学物理光的衍射7一、教学内容本节课的教学内容来自于大学物理教材的第十一章“光的衍射”。
在这一章节中，我们将学习光的衍射现象的基本原理，包括衍射的定义、衍射条件、衍射现象的观察等。
具体内容包括：1. 衍射现象的定义：光波遇到障碍物时，会发生弯曲和扩展的现象。
2. 衍射条件：当障碍物的尺寸与光波的波长相近或者更小的时候，衍射现象明显。
3. 衍射现象的观察：通过实验观察光的衍射现象，了解衍射条纹的分布规律和强度变化。
二、教学目标1. 让学生理解光的衍射现象的基本原理，能够解释光的衍射现象。
2. 培养学生通过实验观察和分析光的衍射现象的能力。
3. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点重点：光的衍射现象的基本原理和衍射条件的理解。
难点：衍射现象的观察和分析，以及运用物理知识解决实际问题。
四、教具与学具准备教具：多媒体教学设备、实验器材（激光灯、衍射光栅等）。
学具：笔记本、笔、实验报告表格。
五、教学过程1. 引入：通过展示激光灯发出的光束，引导学生观察光束通过一个小孔时的现象，引发学生对光的衍射现象的思考。
2. 讲解：介绍光的衍射现象的定义、衍射条件和衍射现象的观察方法。
通过示例和图示，解释衍射现象的发生和衍射条纹的分布规律。
3. 实验：安排学生进行光的衍射实验，观察衍射条纹的形状和分布，引导学生分析衍射现象的特点和规律。
4. 练习：给出一些实际的衍射现象问题，让学生运用所学的衍射知识进行解答，巩固对衍射现象的理解。
六、板书设计板书设计包括光的衍射现象的定义、衍射条件、衍射条纹的分布规律等内容，通过板书清晰地展示光的衍射现象的基本原理和特点。
七、作业设计1. 作业题目：（1）描述光的衍射现象的基本原理。
（2）解释衍射条件对衍射现象的影响。
（3）根据衍射现象的特点，分析实际问题中的衍射现象。
2. 答案：（1）光的衍射现象是指光波遇到障碍物时，会发生弯曲和扩展的现象。
（2）衍射条件是指当障碍物的尺寸与光波的波长相近或者更小时，衍射现象明显。
光的衍射与衍射实验
光的衍射与衍射实验衍射是光线通过或激射物体后，绕过障碍物，进入非直达路径形成的一种现象。
衍射现象是光的波动性的直接证据之一。
而衍射实验是用来观察和研究光的衍射现象的重要手段。
一、衍射现象的原理光波在传播过程中，会受到障碍物的干涉和散射作用，使得光线发生偏折和扩张，形成了衍射现象。
衍射遵循一定的规律，主要由光的波长和衍射孔（物体边缘或细缝）的尺寸决定。
二、单缝衍射实验单缝衍射实验是最基本的衍射实验之一。
该实验可以通过光通过单缝后，在屏幕上形成特定的衍射图样来观察和研究光的衍射现象。
实验步骤：1.准备一个黑暗的实验室环境，并将光源置于合适的位置。
2.在光源后方放置一个狭缝或一条细缝。
3.在远离狭缝或细缝的位置放置一个屏幕。
4.调整实验装置，使得光线通过狭缝或细缝后，能够尽可能平行地照射到屏幕上。
5.观察屏幕上形成的衍射图样。
实验结果：利用单缝衍射实验可以观察到以下现象：1.衍射图样呈现出中央明亮、两侧暗的光条纹。
2.随着光的波长减小或狭缝/细缝宽度增加，衍射角度和衍射的程度也会增大。
三、双缝干涉与衍射实验双缝干涉与衍射实验是另一种常见的衍射实验方法，它不仅可以观察到衍射现象，还能观察到干涉现象。
实验步骤：1.准备一个黑暗的实验室环境，并将光源置于合适的位置。
2.在光源后方放置两个平行的狭缝或细缝。
3.在远离双缝的位置放置一个屏幕。
4.调整实验装置，使得两个狭缝或细缝产生的光线能够尽可能平行地照射到屏幕上。
5.观察屏幕上形成的衍射和干涉图样。
实验结果：利用双缝干涉与衍射实验可以观察到以下现象：1.中央位置呈现出明亮的干涉条纹，表现出明暗交替的效果。
2.两侧位置呈现出衍射形式，也呈现出明暗交替的效果。
3.随着狭缝或细缝的宽度减小或光的波长增大，干涉和衍射的明暗交替效果更加明显。
结语：通过光的衍射实验，我们可以深入了解光的波动性质以及与其相关的现象。
衍射是一种重要的物理现象，在实验中能够直观地展示光的波动特征。
光的衍射(共27张PPT)
例题1
在一次观察光的衍射的实验中，观察到如图所示 的清晰的明暗相间的图样，那么障碍物应是（黑 线为暗线）（ D ） A．很小的不透明的圆板 B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板 C．很大的不透明的圆板 D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
二、双缝干涉与单缝衍射的比较
观察右图，并讨论单缝衍射与双缝干涉有何 不同点与相同点？讨论后完成下表：
思考与讨论
1.白光的单缝衍射条纹（形状、颜色分布）
有何特点？
2.由以上的几个实验，能否总结出光的衍
射条纹的宽度、亮度以及条纹间距与单缝 的宽度、光的波长的定性关系？ 3.为何缝越窄，条纹的亮度越低？
单缝衍射图样特征
1.白光单缝衍射条纹为中央为白色亮纹，两侧 为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近中央的内 侧为紫色。
障碍物时，光没有沿直线传播，而是绕
到障碍物后面去，形成明暗相间的条纹 的现象就叫做光的衍射现象。
思考与讨论
d=1.0 mm
d=0.6 mm
1.单色光圆孔衍射图样的条纹(形状、宽度、 亮度、间距）有何特征？ 2.圆孔衍射图样的条纹（宽度、亮度、间距） 与圆孔的大小有何关系？
圆孔衍射图样特征
d=1.0 mm
d=0.6 mm
1．条纹为圆形，中心亮纹大而亮，旁边 亮纹迅速的减弱减小。 2．圆孔越小，条纹越宽，间距越大，衍 射现象越明显，但亮度变低。
2.单缝衍射
【实验探究二】 利用单缝衍射观察片观察讲台桌上的红 光灯与蓝光灯的衍射现象，并讨论以下问题： 1.单色光的单缝衍射条纹（形状、宽度、亮 度、间距）有何特点？ 2.同一单缝的红光衍射条纹与蓝光衍射条纹 有何区别？ 3.同一种色光，单缝宽度不同衍射条纹（宽 度、亮度、间距）有何区别？
高二物理光的衍射实验与数据分析教案
本文是一份高二物理光的衍射实验教案，着重介绍实验流程和数据分析方法，旨在帮助学生更好地掌握光的衍射现象及其应用。
一、实验目的1.认识光的衍射现象及其应用。
2.掌握光的衍射实验的操作方法和注意事项。
3.学会运用衍射实验的结果进行数据分析和计算。
二、实验原理1.光的衍射现象光通过一个细缝或物体边缘时，会产生绕射现象，即光的传播方向发生偏转。
这种现象就是光的衍射。
光的衍射现象可以解释许多日常生活中的现象，如彩虹、光圈等。
在物理学中，光的衍射是研究光传播的重要基础。
2.光的衍射实验光的衍射实验是通过光线通过不同的孔径，在屏幕上形成不同的亮度分布，进而验证光的衍射现象和计算出衍射角度等相关参数的实验。
本实验主要使用单缝衍射和双缝干涉的方法进行探究光耦合现象。
三、实验器材准直器、激光器、单缝、双缝、微缝、振动台、测微卡尺、硬币、平面屏。
四、实验步骤1.实验准备a)将激光器垂直于操作平台并调节好激光的方向和亮度。
b)将准器放置在操作平台的一侧，使其方向垂直于激光束，并将其调节至最佳状态。
c)将单缝或双缝固定在小孔处，在屏幕上找到直射点，并将其作为光源的位置。
2.单缝衍射实验a)调整激光的方向和强度，使其通过单缝并在屏幕上形成衍射条纹。
b)利用振动台调整单缝的位置，使衍射条纹最为明显。
c)使用测微卡尺测量出单缝、屏幕以及直射点的距离，并记录下该实验得到的衍射条纹的数量和间距。
3.双缝干涉实验a)调整双缝的位置和宽度，使其与激光束相交，形成干涉菲涅尔环。
b)使用测微卡尺测量出双缝、屏幕以及直射点的距离，并记录下该实验得到的干涉菲涅尔环的数量和间距。
c)使用硬币或微缝挡住其中一个双缝，记录下此时的干涉条纹及其数量。
五、实验结果分析1.单缝衍射的分析根据单缝衍射实验的结果，可以计算出衍射角度的大小和缝宽的大小。
衍射角度的计算公式如下：θ = λ / d其中，λ表示激光的波长，d表示单缝的宽度。
θ的大小与光的波长和单缝宽度的比例有关。
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实验七 光的衍射实验
一、实验目的
1. 观察夫朗和费衍射图样及演算单缝衍射公式；
2. 观察夫朗和费圆孔衍射图样； 二、实验原理
平行光通过狭缝时产生的衍射条纹定位于无穷远，称作夫朗和费单缝衍射。
它的衍射图样比较简单，便于用菲涅耳半波带法计算各级加强和减弱的位置。
设狭缝AB 的宽度为a （如图1，其中把缝宽放大了约百倍），入射光波长为λ，
图1
O 点是缝宽的中点，OP0是AB 面的法线方向。
AB 波阵面上大量子波发出的平行于该方向的光线经透镜L 会聚于P0点，这部分光波因相位相同而得到加强。
就AB 波阵面均分为AO 、BO 两个波阵面而言，若从每个波带上对应的子波源发出的子波光线到达P0点时光程差为λ/2，此处的光波因干涉相消成为暗点，屏幕上出现暗条纹。
如此讨论，随着ϕ角的增大，单缝波面被分为更多个偶数波带时，屏幕上会有另外一些暗条纹出现。
若波带数为奇数，则有一些次级子波在屏上别的一些位置相干出现亮条纹。
若波带为非整数，则有明暗相间的干涉结果。
总之，当衍射光满足：
sin BC a k ϕλ== （1 2...k =±±, ）
时产生暗条纹；当满足：
sin (21)/2BC a k ϕλ==+ （01 2...k =±±， , ）
时产生明条纹。
在使用普通单色光源的情况下（本实验使用钠灯），满足上述原理要求的实验装置一般都需要在衍射狭缝前后各放置一个透镜。
但是一种近似的方法也
是可行的，就是使光源和观测屏距衍射缝都处在“远区”位置。
用一个长焦距的凸透镜L 使狭缝光源S P1成像于观测屏S 上（如图2），其中S 与S P1的距离稍大于四倍焦距，透镜大致在这个距离中间，在仅靠L 安放一个衍射狭缝S P2，屏S 上即出现夫朗和费衍射条纹。
图2
设狭缝SP2与观测屏S 的距离为b ，第k 级亮条纹与衍射图样中心的距离为xk 则
/k tg x b ϕ=
由于ϕ角极小，因而sin tg ϕϕ≈。
又因为衍射图样中心位置不易准确测定，所以一般是量出两条同级条纹间的距离2xk 。
由产生明条纹的公式可知：
2(21)k b
x k a
λ=+
由此可见，为了求得入射光波长，须测量2k x ，a 和b 三个量。
三、 实验仪器 (1) 钠光灯
(2) 单面可调狭缝： SZ-22 (3) 凸透镜L 1： f=50mm (4) 二维调整架： SZ-07 (5) 单面可调狭缝： SZ-22 (6) 凸透镜L 2： f=70mm (7) 二维调整架： SZ-07
(8) 测微目镜Le （去掉其物镜头的读数显微镜） (9) 读数显微镜架 : SZ-38 (10) 滑座： TH70YZ (11) 滑座： TH70Z (12) 滑座： TH70Z (13) 滑座： TH70
四、仪器实物图及原理图
图3 仪器实物图及原理图
五、实验步骤
(1)把钠灯光通过透镜聚焦到单缝上成为缝光源。
再把所有器件按图十的顺序
摆放在导轨上，调至共轴。
其中小孔（φ=1mm）和测微目镜之间的距离必须保证满足远场条件。
（图中数据均为参考数据）
(2)调节焦距为70的透镜直至能在测微目镜中看到衍射条纹。
如果无条纹，可
以调节小孔的大小，直到找到合适的小孔为止。
(3)仔细调节狭缝的宽度，直到目镜视场的中央条纹两侧各有可见度较好的3，
4条亮纹。
记录单缝和测微目镜的位置，计算出两者间的距离b。
(4)读出狭缝宽度a，并且记录下来
六、数据处理
为了便于计算波长可以设b z
λ=，
a
且 221
k
x z k =
+ 2x k 为两条同级条纹间的距离 选不同的级次k ，求出z 值，求平均，再计算
a
z b
λ=
实验数据如下：
a=0.152mm b=840-560=280mm
=0.5mm
=0.7mm =0.9mm
计算得=0.1667 =0.14
=0.143 =0.1499
==81.37nm
实验图片
八、圆孔衍射
将单缝换成圆孔，观察衍射条纹，用测微目镜测出艾里斑的直径e ，由已知衍射小孔直径d=1mm ，焦距f=70mm ，可验证
1.22e f a
λ
=
公式的正确性（其中a为孔的半径），本实验要验环境很暗。
.
+
注：多孔架的8孔大小分别为：φ0.10mm，φ0.15mm，φ0.20mm，φ0.30mm，φ0.50mm，φ0.60mm，φ1.0mm，φ2.0mm。
实验数据如下：
测量值e=0.091mm
计算值为f=1.22=0.099064mm
现场实验图片
通过做实验，我认为光的衍射现象观察的影响因素分析的衍射应用有以下几个应用方向：
1)普遍应用于光谱分析领域，比如说衍射光栅光谱仪等。
2）应用于衍射成像，比如说衍射成像概念、成像仪器分辨。
3）衍射呈现波阵面，有利于全息术原理的进一步发展。
4）衍射广泛应用于结构分析，例如X射线结构学等。