单缝衍射的光强分布(完整版空白打印版真实实验数据)
单缝和单丝衍射光强分布实验报告
单缝和单丝衍射光强分布实验报告单缝和单丝衍射光强分布实验报告引言：光学是一门研究光的传播、变化和作用的科学，而衍射则是光学中一个重要的现象。
本实验旨在通过观察单缝和单丝的衍射现象，了解光的波动性质以及衍射的规律。
实验装置：实验装置主要包括光源、单缝/单丝装置、屏幕和测量仪器。
光源采用一束单色光（如红光），单缝/单丝装置则包括一个狭缝或一个细丝，屏幕用于接收衍射光，并在屏幕上形成衍射图样。
测量仪器可用于测量衍射图样的光强分布。
实验过程：1. 实验前准备：a. 准备光源、单缝/单丝装置、屏幕和测量仪器。
b. 调整光源和单缝/单丝装置的位置，使其与屏幕保持适当的距离。
c. 确保实验环境光线较暗，以便更好地观察衍射现象。
2. 单缝衍射实验：a. 将单缝装置放置在光源和屏幕之间，并调整单缝的宽度。
b. 观察屏幕上的衍射图样，并记录下各个位置的光强。
c. 根据实测数据，绘制出单缝衍射的光强分布曲线。
3. 单丝衍射实验：a. 将单丝装置放置在光源和屏幕之间，并调整单丝的位置。
b. 观察屏幕上的衍射图样，并记录下各个位置的光强。
c. 根据实测数据，绘制出单丝衍射的光强分布曲线。
实验结果与分析：通过实验观察和数据记录，我们得到了单缝和单丝衍射的光强分布曲线。
从实验结果中我们可以得出以下结论：1. 单缝衍射：a. 在中央峰附近，光强最大，随着距离中央峰的增加，光强逐渐减小。
b. 出现一系列的衍射极小值，即暗条纹，这些极小值的位置与单缝的宽度有关。
c. 衍射极小值的位置满足衍射公式：sinθ = mλ/d，其中θ为衍射角，m为整数，λ为波长，d为单缝宽度。
2. 单丝衍射：a. 衍射图样呈现出一组明暗相间的环形条纹，中央亮环被称为中央峰。
b. 环形条纹的亮度逐渐减弱，直至消失。
c. 单丝衍射的光强分布符合夫琅禾费衍射公式：I = I0 (J1(x)/x)^2，其中I为光强，I0为中央峰的光强，J1为一阶贝塞尔函数，x为无量纲参数。
实验单缝衍射光强分布研究
实验三单缝衍射光强分布研究一、实验简介光的衍射现象是光的波动性的一种表现。
衍射现象的存在，深刻说明了光子的运动是受测不准关系制约的。
因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理解，也是近代光学技术（如光谱分析，晶体分析，全息分析，光学信息处理等）的实验基础。
衍射导致光强在空间的重新分布，利用光电传感元件探测光强的相对变化，是近代技术中常用的光强测量方法之一。
二、实验目的1、观察单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论的理解；2、学会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律；3、学会用衍射法测量狭缝的宽度。
三、实验原理1、单缝衍射的光强分布当光在传播过程中经过障碍物时，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
如果障碍物的尺寸与波长相近，那么这样的衍射现象就比较容易观察到。
单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距离光源和接收屏均为限远，或者说入射波和衍射波都是球面波；另一种是夫琅禾费衍射，单缝距离光源和接收屏均为无限远或相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
在用散射角极小的激光器(<0.002rad)产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝后大于0.5m的地方放上观察屏，就可以看到衍射条纹，它实际上就是夫琅禾费衍射条纹，如图1所示。
图1当激光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。
由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。
激光的方向性强，可视为平行光束。
宽度为d 的单缝产生的夫琅禾费衍射图样，其衍射光路图满足近似条件：Dx≈≈θθsin ()d D >>产生暗条纹的条件是：λθk d =sin () ,3,2,1±±±=k （1）暗条纹的中心位置为：dD k x λ= （2）两相邻暗纹之间的中心是明纹次极大的中心。
实验 单缝衍射的光强分布
2. 菲涅耳假设和光强度 物理学家菲涅耳假设:波在传播的过程中,从同一波阵面上
的各点发出的子波是相干波 , 经传播而在空间某点相遇时 ,产
生相干叠加 , 这就是著名的惠更斯 - 菲涅耳原理。如图 3-91所示,单缝AB所在处的波阵面上各点发出的子波, 在空间某点
P 所引起的光振动振幅的大小与面元面积成正比 , 与面元到空
(2) 测量时,从一侧衍射条纹的第三个暗纹中心开始 , 记 下此时的鼓轮读数, 同方向转动鼓轮, 中途不要改变转动方向。
每移动1mm,读取一次数字万用表读数 ,一直测到另一侧的第三
个暗纹中心。
注意: “挡光”测量衍射光强I值时, 接收屏必须一直挡住 导光管, 仅在每次读数时移去, 读完后立即挡住。以避免硅光 电池因疲劳而出现非线性光电转换, 并能延长硅光电池的使用
a
(2) 暗纹。当u=±kπ, k=1,2,3, …,即 a sin / k或
asinΦ=±kλ时,有I＝0。且任何两相邻暗条纹间的衍射角的差值 ,即暗条纹是以P0点为中心等间隔左右对称分布的。 a
(3) 次级明纹。在两相邻暗纹间存在次级明纹，它们的
间某点的距离成反比,并且随单缝平面法线与衍射光的夹角(衍 射角 ) 增大而减小。计算单缝所在处波阵面上各点发出的子波 在P点引起的光振动的总和 , 就可以得到P点的光强度。 可见, 空间某点的光强, 本质上是光波在该点振动的总强度。
图 3 - 9 - 1 单缝衍射示意图
设单缝的宽度AB=a, 单缝到接收屏之间置一个透镜L2, 衍
寿命。
4. 单缝宽度a的测量 由于L>1m,因此衍射角很小, sin X K ,有暗纹生成 L 条件:
a sin 2k
单缝衍射光强的分布测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除单缝衍射光强的分布测量实验报告篇一：衍射光强分布测量衍射光强分布测量***，物理学系摘要：本实验利用激光为光源研究激光经过单缝与单丝时的衍射光强度分布情况。
激光的高准直性符合夫琅和费远场条件，且高单色性保证测量时没有不同波长光的叠加影响。
光感应器方面使用光栅尺与电脑连接做0.02毫米/点的高精度自动扫描。
通过巴比涅原理迂回得到了没有直射光时单丝的衍射光强分布，完整验证了运用衍射光强分布来测量小微物体的长度的方法和可行性，并实际运用此法测量了铜丝和头发丝的直径。
关键词：衍射分布巴比涅原理单缝直径测量ThemeasurementoftheDistributionofLightDiffraction YixiongKeYiLin,DepartmentofphysicsAbstarct：Thisexperimentmadeuseoflaserasthelightsourcetoverif yaseriesofdiffractionpatternsof633nmlaserviadiffere ntsingleslitsandmonofilaments.Thecollimationfeature ofthelasermeetstheconditionofFraunhoferdiffraction, themonochromicfeatureoflaserprovideabetterexperimen talenvironmentthatthediffractionpatternwon`tbeinter ferebythelightofotherwavelength.weuselinearencorder connectedtopcviauLI(universalLaboratoryInterface)as thesensortoautomaticallyscanthediffractionpatternwi ththeratioof0.02mmperdot.weusebabinet’sprincipletogetthediffractionpatternofamonofilament p letelyverifiedthemethodandfeasibilityofmeasuringati nyobjectwithitsdiffractionpattern.Inaddition,wetryt omeasurethediameterofacopperwireandpeople’shairinthiswayKeywords:Diffractiondistributionbabinet`sprinciplesingleslitsmeasureDiameterofthewire1一、引言衍射是波遇到障碍物时便利直线传播的现象。
单缝衍射与光强分布(大物实验)
实验单缝衍射及光强分布测试光的干涉和衍射现象揭示了光的波动特性。
光的衍射是指光作为电磁波在其传播路径上如果遇到障碍物，它能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影区内传播的现象。
光在衍射后产生的明暗相间的条纹或光环叫衍射图样，包括：单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑等。
根据观察方式的不同，通常把光的衍射现象分为两种类型。
一种是光源和观察屏（或二者之一）距离衍射孔（或缝、丝）的长度有限，或者说入射波和衍射波都是球面波，这种衍射称为菲涅耳衍射，或近场衍射。
另一种是光源和观察屏距离衍射孔（或缝、丝）均为无限远或相当于无限远，这时入射波和衍射波都可看作是平面波，这种衍射称为夫琅禾费衍射，或远场衍射。
实际上，夫琅禾费衍射是菲涅耳衍射的极限情形。
观察和研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动理论和惠更斯—菲涅耳原理的理解，同时还有助于进一步学习近代光学实验技术，如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、光信息处理等。
衍射使光强在空间重新分布，本实验利用硅光电池等光电器件测量光强的相对分布，是一种常用的光强分布测量方法。
【实验目的】1. 观察单缝衍射现象，加深对波的衍射理论的理解。
2. 测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
3. 学会利用衍射法测量微小量的思想和方法。
4. 加深对光的波动理论和惠更斯—菲涅耳原理的理解。
【实验原理】1. 单缝衍射的光强分布光线在传播过程中遇到障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。
散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm 宽），在狭缝后大于0.5m 的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹。
由于激光束的方向性很强，可视为平行光束，因此观察到衍射条纹实际上就是夫琅禾费衍射条纹，如图1所示。
光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理：把波阵面上的各点都看成子波波源，衍射时波场中各点的强度由各子波在该点相干叠加决定。
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。
实验单缝衍射光强分布研究样本
实验三单缝衍射光强分布研究一、实验简介光衍射现象是光波动性一种体现。
衍射现象存在，深刻阐明了光子运动是受测不准关系制约。
因而研究光衍射，不但有助于加深对光本性理解，也是近代光学技术（如光谱分析，晶体分析，全息分析，光学信息解决等）实验基本。
衍射导致光强在空间重新分布，运用光电传感元件探测光强相对变化，是近代技术中惯用光强测量办法之一。
二、实验目1、观测单缝衍射现象，研究其光强分布，加深对衍射理论理解；2、学会用光电元件测量单缝衍射相对光强分布，掌握其分布规律；3、学会用衍射法测量狭缝宽度。
三、实验原理1、单缝衍射光强分布当光在传播过程中通过障碍物时，如不透明物体边沿、小孔、细线、狭缝等，一某些光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
如果障碍物尺寸与波长相近，那么这样衍射现象就比较容易观测到。
单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距离光源和接受屏均为限远，或者说入射波和衍射波都是球面波；另一种是夫琅禾费衍射，单缝距离光源和接受屏均为无限远或相称于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
在用散射角极小激光器(<0.002rad)产生激光束，通过一条很细狭缝（0.1～0.3mm宽），在狭缝后不不大于0.5m地方放上观测屏，就可以看到衍射条纹，它事实上就是夫琅禾费衍射条纹，如图1所示。
当激光照射在单缝上时，依照惠更斯—菲涅耳原理，单缝上每一点都可当作是向各个方向发射球面子波新波源。
由于子波迭加成果，在屏上可以得到一组平行于单缝明暗相间条纹。
激光方向性强，可视为平行光束。
宽度为d 单缝产生夫琅禾费衍射图样，其衍射光路图满足近似条件：Dx≈≈θθsin ()d D >>产生暗条纹条件是：λθk d =sin () ,3,2,1±±±=k （1）暗条纹中心位置为：dD k x λ= （2）两相邻暗纹之间中心是明纹次极大中心。
由理论计算可得，垂直入射于单缝平面平行光经单缝衍射后光强分布规律为：220sin ββI I = λθπβsin d =（3） 式中，d 是狭缝宽，λ是波长，D 是单缝位置到光电池位置距离，x 是从衍射条纹中心位置到测量点之间距离，其光强分布如图2所示。
单缝衍射的光强分布(完整版-空白打印版-真实实验数据)
深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：单缝衍射的光强分布学院：专业：班级：组号：指导教师：报告人：学号：实验时间：年月日星期实验地点科技楼 90 实验报告提交时间：理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：La 82>>λ或82a L >>λ为狭缝与屏之间的距离；λ为入射光的波长。
的取值范围进行估算：实验时，若取m a 4101-⨯≤，入射光是应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽 λϕk a =sin k k L ϕtan = 很小，所以a kL L X k k /λ=Φ=激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm 左右，本实验采用的是方向性很好，发散角rad 53101~101--⨯⨯的Ne He -激光作为光源，这样可满足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜1L 和2L 。
；．点亮Ne He -激光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是：观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。
WJH 接上电源开机预热15min ，将量程选择开关置I 档，衰减旋钮置校准为止（顺时针旋到底，即灵敏度最高）。
调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪烁）。
以后在测量过深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：单缝衍射的光强分布学院：专业：班级：组号： B7 指导教师：报告人：学号：实验时间： 201 年月日星期实验地点科技楼 90 实验报告提交时间：单缝衍射相对光强度曲线图。
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深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）
实验名称：单缝衍射的光强分布
学院：
专业：班级：
组号：指导教师：
报告人：学号：
实验时间：年月日星期
实验地点科技楼90
实验报告提交时间：
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．用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；
二、实验原理：
光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。
当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。
光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。
本实验只研究夫琅和费衍射。
理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。
单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。
a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：
L
a 82
>>λ或82a L >>λ
式中：a 为狭缝宽度；L 为狭缝与屏之间的距离；λ为入射光的波长。
可以对L 的取值范围进行估算：实验时，若取m a 4
101-⨯≤，入射光是Ne He -激光，其波
长为632.80nm ，
cm cm a 26.12
≈=λ
，所以只要取cm L 20≥，就可满足夫琅和费衍射的远场条件。
但实验证明，取cm L 50≈，结果较为理想。
b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：
20
)/(sin u u I I
= 式中： λϕπ/)sin (a u =
暗纹条件：由上式知，暗条纹即0=I 出现在
λϕπ/)sin (a u =π±=，π2±=，…
即暗纹条件为
λϕk a =sin ，1±=k ，2±=k ，…
明纹条件：求I 为极值的各处，即可得出明纹条件。
令
0)/(sin 22=u u du
d
推得 u u tan =
此为超越函数，同图解法求得：
0=u ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 即 0sin =ϕa ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，…
可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件
2/)12(sin λϕ+±k a ，1=k ，2，3，…
只是近似准确的。
单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下：
ϕsin
a /43.1π± a
/46.2π±
a
/47.3π±
I
0I 0047.0I 0017.0I 0018.0.I
c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽 由暗纹条件：λϕk a =sin 并由图有：k k L X ϕtan =
由于Φ很小，所以
a kL L X k k /λ=Φ=
四、实验内容和步骤：
1. 实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽a 。
实验中用硅光电池作光强I 的测量器件。
硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流i 与光照强度I 成正比。
本实验用的是WJH 型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。
它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a 进行处理，从而将光强I 以数字显示出来。
a ．按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平；
b ．激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm 左右，加上
本实验采用的是方向性很好，发散角rad 53
101~10
1--⨯⨯的Ne He -激光作为光源，这样可满足
夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜1L 和2L 。
；
c ．点亮Ne He -激光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是：观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。
d ．将WJH 接上电源开机预热15min ，将量程选择开关置I 档，衰减旋钮置校准为止（顺时针旋到底，即灵敏度最高）。
调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪烁）。
以后在测量过程中如果数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调高一档。
如果数字显示小于190，且小数点不在第一位时，可将量程减少一档，以充分利用仪器分辨率。
e. 将小孔屏置于光强测量装置之前，调二维调节架，选择所需的单缝缝宽a ，观察小孔屏上的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和变化规律，另一方面调节各元件，使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当，以便测量。
这一步是测量效果是否理想的关键。
f. 移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高度一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。
g. 关掉激光电源，记下本底读数（即初读数）再打开激光电源，开始测量。
为消除空程，减小误差，应转动手轮使光电探头单方向移动，即沿衍射图像的展开方向（X 轴方向），从左向右或从右向左，每次移动0.200mm ，单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X 和相应的光强。
h. 在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值（减去初读数）描绘出来。
就得单缝衍射的光强分布图。
若以光强最大值0I 除各数值，也可得出单缝衍射的相对光强分布图。
i. 测出狭缝到硅光电池的距离L ，并从光强分布图上测出b （多测几个，取平均值）或1X ，
算出狭缝缝宽a 。
深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）
实验名称：单缝衍射的光强分布
学院：
专业：班级：
组号：B7 指导教师：
报告人：学号：
实验时间：201 年月日星期实验地点科技楼90
实验报告提交时间：
一、实验目的
二、实验原理：
四、实验内容和步骤：
单缝衍射相对光强度曲线图。