实验报告-光衍射相对光强分布
衍射光强分布的测实验报告
篇一：衍射光强分布的测实验报告衍射光强分布的测量1008406006 物理师范陈开玉摘要：为了观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样以及它们的规律，本实验设计了基于水平光路的测量方法。
运用自动光强记录仪来对衍射现象进行比较函数化的观察。
实验观察到衍射条纹随着缝宽变窄而模糊和间距扩大，并且通过仪器对光强图样的位置定位和夫琅禾费光强的公式来计算单缝的缝宽。
该实验装置结构简单、调节方便、条纹移动清晰。
关键词：衍射自动光强记录仪单缝多缝一、引言光的衍射现象是光的波动性的重要表现，并在实际生活中有较多应用，如运用单缝衍射测量物体之间的微小间隔和位移，或者用于测量细微物体的尺寸等。
本实验要求通过观察、测量夫琅禾费衍射光强分布，加深对光的衍射现象的理解和掌握。
二、实验原理1,衍射的定义: 波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。
衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象,而光也是波的一种, 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。
衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样2,光的衍射分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射, 夫琅禾费衍射是指光源和观察点距障碍物为无限远，即平行光的衍射;而菲涅尔衍射是指光源和观察点距障碍物为有限远的衍射.本实验研究的只是夫琅禾费衍射.实际实验中只要满足光源与衍射体之间的距离 ,衍射体至观察屏之间的距离都远大于就满足了夫琅禾费衍射的条件,其中a为衍射物的孔径,λ为光源的波长.3,单缝、单丝衍射原理：如上图所示，a为单缝宽度，缝和屏之间的距离为，为衍射角，其在观察屏上的位置为，离屏幕中心的距离为 =，设光源波长为λ，则有单缝夫琅禾费衍射的光强公式为：式中是中心处的光强，与缝宽的平方成正比。
若将所成衍射图样的光强画成函数图象在坐标系中，则所成函数图象大致如下除主极强外，次极强出现在的位置，它们是超越方程的根，其数值为：对应的值为当角度很小时，满足，则可以近似为因而我们可以通过得出函数中次级强的峰值的横坐标只差来确定狭缝的宽度a4，多缝衍射和干涉原理多缝衍射的示意图如上图，每条缝的宽度为a，两条缝的中心距离为d，其中的每个单缝的衍射光强强度都和之前的单缝衍射光强公式一致。
光强衍射实验报告
1. 观察并验证单缝衍射和多缝衍射的图样及其规律。
2. 理解衍射光强分布的原理，并掌握相关计算方法。
3. 掌握衍射实验装置的组装与调整。
二、实验原理光的衍射现象是光的波动性的一种表现。
当光波遇到障碍物或孔径时，会发生衍射现象，即光波绕过障碍物传播。
根据障碍物与波长的相对大小，衍射现象可分为单缝衍射和多缝衍射。
1. 单缝衍射：当光波通过单缝时，会发生衍射现象，形成一系列明暗相间的衍射条纹。
根据惠更斯-菲涅尔原理，衍射光强分布公式为：\[ I(\theta) = I_0 \left(\frac{\sin(\beta)}{\beta}\right)^2 \]其中，\( I(\theta) \)为衍射角为\(\theta\)处的光强，\( I_0 \)为入射光强，\(\beta\)为衍射角。
2. 多缝衍射：当光波通过多个狭缝时，会发生多缝衍射现象。
多缝衍射的光强分布与单缝衍射类似，但衍射条纹间距和强度分布有所不同。
多缝衍射的光强分布公式为：\[ I(\theta) = I_0 \left(\frac{\sin(\beta)}{\beta}\right)^2\frac{\cos^2(\alpha)}{\sin^2(\alpha)} \]其中，\(\alpha\)为相邻狭缝之间的夹角。
三、实验仪器与装置1. 激光器：用于产生单色光。
2. 单缝装置：用于产生单缝衍射。
3. 多缝装置：用于产生多缝衍射。
4. 光屏：用于观察衍射条纹。
5. 摄像头：用于记录衍射条纹图像。
6. 计算机软件：用于数据处理和分析。
1. 组装实验装置，确保激光器、单缝装置、多缝装置和光屏的位置正确。
2. 打开激光器，调整光束方向，使其垂直照射到单缝装置上。
3. 观察并记录单缝衍射条纹，使用摄像头记录图像。
4. 调整多缝装置，观察并记录多缝衍射条纹，使用摄像头记录图像。
5. 使用计算机软件对衍射条纹图像进行处理和分析，计算衍射条纹间距和光强分布。
大学光强分布实验报告
一、实验目的1. 理解光强分布的基本原理，掌握光强分布的测量方法。
2. 观察并分析单缝衍射和多缝衍射的光强分布规律。
3. 利用衍射光强分布公式计算单缝的缝宽。
二、实验原理光的衍射是指光波遇到障碍物或通过狭缝时，发生偏离直线传播的现象。
根据衍射光束与障碍物或狭缝的距离关系，衍射现象可分为夫琅禾费衍射和费涅耳衍射。
本实验主要研究夫琅禾费衍射。
1. 单缝衍射当单缝的宽度与光的波长大致相等时，光通过单缝后会发生衍射，形成明暗相间的衍射条纹。
单缝衍射的光强分布公式为：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin \beta}{\beta} \right)^2 \]其中，\( I \) 为衍射条纹的光强，\( I_0 \) 为中央亮条纹的光强，\( \beta \) 为衍射角。
2. 多缝衍射当多缝的宽度与光的波长相比很小时，光通过多缝后会发生多缝衍射，形成明暗相间的衍射条纹。
多缝衍射的光强分布公式为：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin \beta}{\beta} \right)^2 \left( \frac{\sin\beta_1}{\beta_1} \right)^2 \left( \frac{\sin \beta_2}{\beta_2}\right)^2 \ldots \]其中，\( I \) 为衍射条纹的光强，\( I_0 \) 为中央亮条纹的光强，\( \beta \) 为衍射角，\( \beta_1, \beta_2, \ldots \) 为各缝的衍射角。
三、实验仪器与设备1. 激光器：提供单色光源。
2. 单缝衍射装置：包括狭缝、透镜、光屏等。
3. 多缝衍射装置：包括狭缝、透镜、光屏等。
4. 自动光强记录仪：记录衍射光强分布。
5. 计算机及软件：处理实验数据。
四、实验步骤1. 将激光器、单缝衍射装置和光屏放置在光学导轨上，调整光路，使激光束垂直照射到单缝上。
2. 打开激光器，观察单缝衍射条纹的形状、亮暗程度及间距。
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。
实验13 单缝衍射的相对光强分布-to学生
1．单缝夫琅和费衍射 单缝夫琅和费衍射如图 1 所示。光源 S 置于透镜 L1 的焦面上，出射后变成平行光
验过程中，只要 AP0 与 OP0 的差远远小于一 个波长 λ ，就可认近似认为该条件满足， 即
⎛ ( AP0 − OP0 ) = ⎜⎜⎝
Z2
+
( a )2 2
−
Z
⎞ ⎟⎟⎠
因 Z a ，有
λ （2）
图 3 激光光源单缝衍射
即：
Z 2 + a2 − Z ≈ Z (1+ a2 ) − Z = a2 λ
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中山大学理工学院、东校区实验中心编制
实验 13 单缝衍射的相对光强分布
2. 检测光功率计的读数与入射光强的线性关系
白光点光源位置：
， 光探头初始位置：
位置 Z / mm 光功率 P/µW 位置 Z / mm 光功率 P/µW 位置 Z / mm 光功率 P/µW 位置 Z / mm 光功率 P/µW
Iθ
=
I0
sin2 (π a sinθ λ
)
(π a sinθ )2 λ
（1）
其中 λ 为入射光波长，θ 为衍射角， I0 为 P0 处的光强，称为主极大。
图 1 单缝夫琅和费衍射光路图
根据上式可画出单缝衍射的光强分布曲线如图 2 所
示。从曲线上可以看出：
（1）当θ = 0 时，光强有最大值 I0 ，称为主极大，大 部分能量落在主极大上。
光强的分布实验报告
光强的分布实验报告实验报告：光强的分布实验引言：在光学研究中，了解光的强度分布对于了解光的行为、优化光学系统的设计具有重要意义。
本实验旨在通过测量光源强度随距离的变化，以探究光强在空间中的分布规律。
实验步骤：1.实验器材准备：双缝衍射装置、光源、刻度尺、测光仪、读数卡等。
2.在实验室安全规范下，设置实验装置并保证光源正常发光。
3.将测光仪与光源间距离设置为一定值，测光仪初始读数归零。
4.以一定的间隔将测光仪沿与光源间距离平行方向移动，并记录每个位置的光强读数值。
5.重复上述步骤多次，取平均值，以增加实验数据的准确性。
6.将实验数据整理成表格，并绘制出光强随距离变化的图像。
7.通过图像分析，得出实验结果，并进行数据处理和讨论。
实验结果与分析：根据实验数据，制作出光强随距离变化的图像，图像中横坐标表示距离，纵坐标表示光强的读数值。
图像显示出光强随距离增加而逐渐减小的趋势，但光强分布并不均匀。
在图像中，我们可以观察到光强的最大值和最小值，并且这些值随距离变化呈现出其中一种规律。
通过对图像的观察和分析，我们发现光强的分布呈现出衍射图案，即具有明显的干涉效应。
在实验中，衍射是由双缝装置引起的，而衍射效应导致了光强的分布不均匀。
根据衍射理论，当光通过一个尺寸较小的孔或缝时，光波会在孔或缝周围扩散，形成衍射图案。
在实验中，双缝装置提供了两个互相平行的缝，使得光通过这两个缝时发生衍射。
衍射的结果是在屏幕上形成一系列的亮暗条纹，显示了在空间中的光强的分布。
实验中观察到的光强图案与理论预测相符。
根据理论分析，光强的分布遵循夫琅禾费衍射公式。
根据夫琅禾费衍射公式可知，衍射的图案与光的波长、缝宽和观察位置有关。
实验中的结果也表明光的传播遵循光的干涉和衍射现象，这意味着光是一种波动现象，并且具有粒子性和波动性的二重性质。
实验结果的合理解释需要结合波动光学理论来理解。
结论：通过本实验，我们探究了光强在空间中的分布规律。
实验结果表明光强分布非均匀，呈现出明显的衍射图案。
实验五 单缝衍射的相对光强分布
3．对于任意两条相邻暗条纹，其衍射角的差
，即暗条纹是以P0为中心，等间隔 地、左右对称地分布的。 4．位于两相邻暗条纹之间的是各级亮条纹， 它们的宽度是中央亮条纹宽度的二分之一。 这些亮条纹的的光强最大值称为次极大。用 衍射角表示这些次极大的位置为
a
值为
1.43 , 2.46 , 3.47 ,
由惠更斯一菲涅耳原理可推得，单缝衍射图
像的光强分布规律为
a sin u (1) 为衍射光与光轴 其中，a为单缝的宽度， OP0 的夹角——衍射角。当 =0时，I=I0 (2) 这是与光轴平行的光线会聚点(中央亮条纹的 中心点)的光强，是衍射图像中光强的极大值， 称为中央主极大。
sin u I I0 , 2 u
2
当
asin =Kλ(K=±1，±2，±3，…) (3a) u k , I 0 ，即为暗条纹。与此衍射 时，则“ 角很 对应的位置为暗条纹的中心。实际上 小，因此上式可改写成
K a
xk k L
又由图看出，K级暗条纹对应的衍射角为
1.43 , 2.46 , 3.47 ,
a a a
和
I 0.047, 0.017, 0.008, I0
所列的理论值比较。
6．对比和分析测得的两条相对光强分布曲 线，归纳单缝衍射图像的分布规律和特点。
(三)观察细丝、圆孔、矩形孔的衍射图象 以细丝、圆孔、矩形孔代替单缝，观察它们
a a a
它们的相对光强分别为
I 0.047, 0.017, 0.008, I0
实验内容 按夫琅和费衍射的要求，布置和调整各 光学元件.如用激光作光源，投射于宽度 可调的单缝上。当显示衍射图像的屏离 单缝甚远( L>>a)时，透镜L2可以省略。
实验五单缝衍射的相对光强分布解读
实验五单缝衍射的相对光强分布解读单缝衍射是物理学中比较经典的实验之一，通过单缝衍射实验可以测定光波长、单缝宽度等。
本次实验中，我们通过单缝衍射研究得到了一系列的曲线，这些曲线反映了在不同条件下，单缝衍射实验的相对光强分布情况。
接下来，我们将对这些曲线进行分析和解读。
首先，我们需要了解一下单缝衍射实验的基本原理。
单缝衍射是指在单个小孔或细缝处，光束经过后沿着直线传播并发生衍射现象。
按照赫兹级数的解释，衍射是指当波传播遇到障碍物时，障碍物对波面的形状进行改变，从而令波沿不同方向传播。
如果单缝宽度与光波波长相当，那么在单缝后方，将出现明暗相间的干涉条纹，这些条纹就是单缝衍射图样。
下面，我们来看看本次实验得到的几组数据（下图）。
在这些图中，横坐标表示的是x 值（单位为mm），这个值表示的是在横向位置上与单缝的距离。
而纵坐标表示的是相对光强，也就是说，这个值表示了光强的大小与最大值之间的比值。
在这些曲线中，最明显的是中心峰，这个峰的位置就是x的轴线上与单缝平行的位置。
另外，我们还可以看到一系列的副峰，这些峰分布在中心峰两侧以及延伸出去，而幅度逐渐减小。
这些副峰的出现，说明了单缝衍射图样呈现的是明暗相间的条纹。
接下来，我们需要解释一下这些曲线所反映的现象。
首先，我们可以看到，在不同的参数下，实验得到的曲线是存在差异的。
比如，在缝宽为0.05mm，波长为640nm时，中心峰最高，副峰数量最多且幅度最小。
在另一个参数下，曲线可能会呈现出不同的形态。
这个可以理解为，在不同参数下，单缝衍射实验表现出了不同的特征，或者说，这些参数会对单缝衍射实验的结果产生影响。
另外，我们还可以看到，在中心峰的两侧，幅度逐渐减小，峰的数量也逐渐增多。
而且，这些副峰分布不是均匀的，而是存在一定的规律性。
这些副峰的产生，是由于光波在通过单缝后发生了干涉现象。
在主峰两侧，各个光子的波形相互叠加，而在中央位置，各个光子波形相加。
这种干涉现象，就造成了在主峰两侧的幅度逐渐减弱，而在中央位置，光强最大的情况。
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实验报告
姓名：张少典班级：F0703028 学号：5070309061 实验成绩：
同组姓名：林咏实验日期：2008/03/10 指导老师：批阅日期：
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 光衍射相对光强分布的测量
【实验目的】
1．掌握在光学平台上组装、调整光的衍射实验光路；
2．观察不同衍射元件产生的衍射，归纳总结单缝衍射现象的规律和特点；
3．学习利用光电元件测量相对光强的实验方法，研究单缝和双峰衍射中相对光强的分布规律；
4．学习微机自动控制测衍射光强分布谱和相关参数。
【实验原理】
1．衍射光强分布谱
由惠更斯——菲涅耳原理可知，单缝衍射的光强分布公式为
,
当j=0时，Ij=I0
这是平行于光轴的光线会聚处——中央亮条纹中心点的光强，是衍射图像中光强的极大值，称为中央主极大。
当asinj= kl ，k = ±1，±2，±3，……
则u = kπ, Ij = 0, 即为暗条纹。
与此衍射角对应的位置为暗条纹的中心。
实际上j 角很小，因此上式可改写成
由图1也可看出，k级暗条纹对应的衍射角
故
由以上讨论可知
（1）中央亮条纹的宽度被k = ±1的两暗条纹的衍射角所确定，即中央亮条纹的角宽度为。
（2）衍射角j 与缝宽a成反比，缝加宽时，衍射角减小，各级条纹向中央收缩；当缝宽a 足够大时（a>>l）。
衍射现象就不显著，以致可略去不计，从而可将光看成是沿直线传播的。
（3）对应任意两相邻暗条纹，其衍射光线的夹角为，即暗条纹是以点P0为中心、等间隔、左右对称地分布的。
（4）位于两相邻暗条纹之间的是各级亮条纹，它们的宽度是中央亮条纹宽度的1/ 2。
这些亮条纹的光强最大值称为次极大。
用衍射角表示这些次极大的位置分别为
(7)
与它们相应的相对光强度分别为
(8)
【实验数据记录、结果计算】
数据记录
1、激光波长：=632.8nm
2、单缝到接收器之间的距离：L=723.7mm
3、用读数显微镜读取狭缝的宽度:
读取三组数据：
4、主极大位置：98.00mm，主极大光强：1161.8
5、次极大位置和相对光强值：
6、暗条纹的位置及强度：
数据处理与结果比较
1、中央极大的角宽度：
==0.0103
由波长和缝宽计算：△
1
由暗条纹位置计算：△
==0.0421
2
2、计算暗条纹位置并与测量值对比：
其中，上述“修正后测量值”是用测量的相对强队减去与其临近的暗条纹相对强度，以在一定程度上消除系统误差和外界灯光的影响。
结果分析
由实验数据的对比可以发现，中央极大角宽度、暗条纹位置、次极大位置的计算值均和测量值有较大误差。
经仔细分析原因，排除L的测量和光波长数据出现较大偏差的可能后，基本可以锁定为缝宽测量出现问题。
测量缝宽时在方法上没有出现大的问题，读数也没有问题。
但问题出在测出的缝宽到底是不是就是光波实际通过的缝宽？因此，回忆到实验时激光照射在临近单缝底部（而我测量的是单缝中间周围的宽度），以及在测量缝宽时发现各处缝宽相差较大的事实（当然我并没有想到各处会相差这么大，于是忽视了这一影响），可以认定，出现较大误差的原因正在于此。
进一步验证，由中央主极大的两个值发现，二者相差4倍，也就是说激光实际通过的缝宽约为测量值的四分之一，不妨暂取为0.030，再代入计算暗条纹位置，得到以下修正值：
可见，修正后的计算值与实际测量值高度接近，基本在允许的误差范围内。
代入计算次极大光强位置亦与测量位置接近。
因而确证了我对于测量失误的猜想，确实是因为测量的缝宽和激光实际通过的缝宽差了4倍左右。
正是这一极小的细节导致了最后的偏差。
可见，物理实验，尤其是以需要极其精密的光学实验“差之毫厘，谬以千里”。
希望以后有机会能够亲自实验验证这一误差猜想。
【问题思考与讨论】
1、硅光电池前的接受狭缝的宽度，对实验结果有何影响？实验时，你是如何确定他的宽度的？
缝宽如果过小，会使得衍射图样接受不完全，影响衍射图样的亮度。
而且如果接收器的位置发生了上下的偏差，过窄的缝宽会使得这一误差无法被更正和调节，而使得仪器失去作用。
缝宽如果过大，会使得外界灯光、阳光等的影响加大，从而影响测量。
将狭缝关闭即可用激光测定其宽度。
2、激光输出的光强如有变动，对单缝衍射图像的光强分布曲线有无影响？具体地说有什么影响？
如果在一次扫描的过程中光强有变动，会对单缝衍射图像的光强分布发生影响，使其偏离对称、峰值偏大或偏小，中央主极大的光强偏大或偏小，但不会影响各主极大、暗条纹的位置。
如果在一次扫描的过程中光强没有变动，但是两次扫描的光强有了变动，只会使两次的峰值不一样，但是不会影响两次的光强分布曲线。
3、如果单缝放置与水平面不垂直，对最终的图像有什么影响？
会使得图像倾斜，不再水平，但图样无变化。
在扫描图像的时候，会使得图像似乎被左
右“压缩”了，但不会影响图像的对称性（前提是图像的中心和扫描孔的中心在同一水平线上），因为扫描下来的只是图像的强度分布，倾斜后的图像上侧和下侧只要对称，光强也是
相同的。
但由于图像在竖直分量上有了分量，长度乘以COS显然会使得扫描长度变短，从而使得扫描出的图像相对正常图像在横坐标上被“压缩”了。