一、实验目的   

1.定性观察单缝衍射现象和其特点。

2.学会用光电元件测量单缝衍射光强分布,并且绘制曲线。

3.计算衍射单缝的宽度。

二、实验原理       

波长为λ的单色平行光垂直照射到单缝上，在接收屏上，将得到单缝衍射图样，即一组平行于狭缝的明暗相间条纹。单缝衍射图样的暗纹中心满足条件：

(1)

式中，x为暗纹中心在接收屏上的x轴坐标，f为单缝到接收屏的距离；a为单缝的宽度，k为暗纹级数。在±1级暗纹间为中央明条纹。中间明条纹最亮，其宽度约为其他明纹宽度的两倍。

实验装置示意图如图1所示。

图1 实验装置示意图

光电探头（即硅光电池探测器）是光电转换元件。当光照射到光电探头表面时，在光电探头的上下两表面产生电势差ΔU，ΔU的大小与入射光强成线性关系。光电探头与光电流放大器连接形成回路，回路中电流的大小与ΔU成正比。因此，通过电流的大小就可以反映出入射到光电探头的光强大小。

三、实验仪器       

He-Ne激光器、衍射狭缝、光具座、白屏、光电探头、光功率计。

四、实验内容    

1.观察单缝衍射的衍射图形；

2.测定单缝衍射的光强分布；

3.利用光强分布图形计算单缝宽度。

五、数据处理

x/mm

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

读数l/mw

0.013

0.010

0.006

0.002

0.002

0.006

0.015

0.023

x/mm

4.000

4.500

5.000

5.500

6.000

6.500

7.000

7.500

读数l/mw

0.026

0.022

0.013

0.001

0.011

0.031

0.054

0.070

x/mm

8.000

8.500

9.000

9.500

10.000

10.500

11.000

11.500

读数l/mw

0.068

0.046

0.016

0.001

0.033

0.138

0.331

0.598

x/mm

12.000

12.500

13.000

13.500

14.000

14.500

15.000

15.500

读数l/mw

0.905

1.194

1.408

1.500

1.447

1.263

0.989

0.681

x/mm

16.000

16.500

17.000

17.500

18.000

18.500

19.000

19.500

读数l/mw

0.398

0.183

0.053

0.004

0.009

0.038

0.064

0.072

x/mm

20.000

20.500

21.000

21.500

22.000

22.500

23.000

23.500

读数l/mw

0.060

0.037

0.015

0.003

0.002

0.010

0.020

0.025

x/mm

24.000

24.500

25.000

25.500

26.000

26.500

27.000

27.500

读数l/mw

0.024

0.017

0.009

0.002

0.001

0.004

0.009

0.013

（二）计算和数据处理1.已知光电探头接收口到测量架底座的距离为△f为6.00cm，单缝到光电探头接收口的距离为f=|L2-L1|+△f，则f为（单位：cm）=79.00cm

解：L2=92cm，L1=19.00cm,f=|L2-L1|+△f=|92.00-19.00|+6.00=79.00cm

2.

各级暗纹（i）

±1级暗纹

±2级暗纹

±3级暗纹

距离/mm

16.000-8.000=8.000

22.500-6.000=16.500

26.500-2.000=24.500

单缝宽度

0.1249mm

0.1212mm

0.1229mm

单缝宽度计算公式：单缝宽度=2*i*f*λ/△x

故：±1级：单缝宽度=2*1*790*0.0006328/8≈0.1249mm

±2级：单缝宽度=2*2*790*0.0006328/8≈0.1212mm

±3级：单缝宽度=2*3*790*0.0006328/8≈0.1224mm

单缝宽度d=（0.1249+0.1212+0.1224）≈0.1229mm

六、实验总结(提示：分析讨论和实验结论应分开写)分析讨论：

1.什么是菲涅耳衍射？什么是夫琅禾费衍射？

答：菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的区别当衍射屏孔径上的次级点光源与接收屏幕上某点的距离满足傍轴近似（菲涅耳近似）时,这种衍射为菲涅耳衍射；当衍射屏孔径上的次级点光源与接收屏幕上某点的距离在满足傍轴近似（菲涅耳近似）的基础上,还满足远场近似（夫琅禾费）时,这种衍射为夫琅禾费衍射.通俗点来说：当光源和接收屏幕距离衍射屏有限远,这种衍射为菲涅耳衍射；当光源和接收屏幕都距离衍射屏无穷远,这种衍射为夫琅禾费衍射.

2.与普通光源相比，激光有什么优点？

答：与普通光源相比,激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点。

3.单缝衍射条纹有什么特点？

答：1.条纹间距：缝宽越小，条纹间距越大；反之，缝宽越大，条纹间距越小。

2.光强分布：中央位置亮度最强，两侧则依次变暗，且亮度的变化呈现渐缓变化规律。

3.条纹数量：总的条纹数量与光源的波长和缝宽有关，并遵循着一定的曲率限制，一般可以通过米氏公式进行计算。

4.条纹形状：条纹呈现出明显的弯曲形态，而曲率半径与观察屏和缝的距离以及光源的波长有关。

实验结论：