当前位置:文档之家› 实验:用双缝干涉测量光的波长

实验:用双缝干涉测量光的波长

双棱镜干涉测钠光波长

北京航空航天大学基础物理实验 ------研究性实验 实验题目双棱镜干涉测钠光波长 一、摘要 法国科学家菲涅耳(Augustin J.Fresnel)在1826年进行的双棱镜实验证明了光的干涉现象的存在,它不借助光的衍射而形成分波面干涉,用毫米级的测量得到纳米级的精度,其物理思想、实验方法与测量技巧至今仍然值得我们学习。 二、实验原理 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且这两列光波的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域内,光强的分布不是均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉。 菲涅尔镜双棱镜可以看作是由两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。若置单色光源S于双棱镜的正前方,则从S射来的光束通过双棱镜的折射后,变成两束相互重叠的光,这两束光放佛是从光源的两个虚像S1 和S2是两个相干光源,所以若在两

束光想重叠的区域内放置一屏,即可观察到明暗相间的干涉条纹。 菲涅耳利用如图1所示装置,获得了双光束的干涉现象.图中双棱镜B 是一个分割波前的分束器,它的外形结构如图2所示.将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角较小(一般小于1°). 当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜B 上时,借助棱镜界面的两次折射,其波前便分割成两部分,形成沿不同方向传播的两束相干柱波.通过双棱镜观察这两束光,就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的一样,故在两束光相互交叠区域内产生干涉.如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行,便可在光屏Q 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。 双棱镜的干涉条纹图 设d 代表两虚光源1S 和2S 间的距离,D 为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏Q 的距离,且D d <<,任意两条相邻的亮(或暗)条纹间的距离为x ?,则实验所用光波波长λ可由下式表示:(根据形成明、暗条纹的条件,当光 程差为半波长的偶数倍时产生明条纹,当光程差为半波长的奇数倍时产生暗条纹) (1) 上式表明,只要测出d 、D 和x ?,就可算出光波波长。 三、实验仪器 双棱镜、可调狭缝、凸透镜、观察屏、光具座、测微目镜、钠光灯、白屏。 1、测微目镜简介 测微目镜(又名测微头)一般作为光学精密计量仪器的附件,也可以单独使用,主要用于测量微小长度。如图3()a 所示,测微目镜主要由目镜、分划板、读数鼓轮组 x D d ?=λ

实验1 单缝衍射实验

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

实验二 用双棱镜干涉测钠光波长(05)

实验二用双棱镜干涉测钠光波长 [实验目的] 1、观察双棱镜产生的双光束干涉现象,进一步理解产生干涉的条件; 2、学会用双棱镜测定光波波长。 [实验仪器] 双棱镜,可调狭缝,会聚透镜(f=20cm,Φ=35mm两片),测微目镜(JX8),光具座(JZ-2),滑块(5块)、滑块支架(5个)、白屏,钠光灯(Gp20Na)。 [实验原理] 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且这两列光波的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域内,光强的分布不是均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉。 菲涅耳利用图(一)所示装置,获得了双光束的干涉现象。图中双棱镜AB是一个分割波前的分束器,它的外形结构如图(二)所示,将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角A 较小(一般小于10)。从单色光源M 发出的光波经透镜L会聚于狭缝S, 使S成为具有较大亮度的线状光源。 当狭缝S发出的光波投射到双棱镜 AB上时,经折射后,其波前便分割 成两部分,形成沿不同方向传播的 两束相干柱波。通过双棱镜观察这 两束光,就好像它们是由虚光源S1 和S2发出的一样,故在两束光相互 交叠区域P1P2内产生干涉。如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行,便可在白屏P上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹。

设d '代表两虚光源S 1和S 2间的距离,d 为虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)至观察屏P 的距离,且d '<<d ,干涉条纹宽度为x ?,则实验所用光波波长λ可由下式表示: x d d ?= ' λ…………………………① 上式表明,只要测出d '、d 和x ?,就可算出光波波长λ。这是一种光波波长的绝 对测量方法,通过使用简单的米尺和测微目镜,进行毫米量级的长度测量,便可推算出微米量级的光波波长。 由于干涉条纹宽度x ?很小,必须使用测微目镜进行测量。两虚光源间的距离d ',可用一已知焦距为f '的会聚透镜L , 置于双棱镜与测微目镜之间,如图(三),由透镜 两次成像法求得。只要使测目镜到狭缝的距离d >4f ,,,前后移动透镜,就可以在L , 的两个不同位置上从测微目镜中看到两光源S 1和S 2,其中之一组为放大的实像,另一组为缩小的实像。如果分别测得二放大像的间距d 1和二缩小像的间距d 2,则根据下式: 21'd d d =…………………………② 即可求得两虚光源之间的距离d , 。 [实验内容] 1、 调节共轴 (1) 将单色光源M 、会聚透镜L 、狭缝S 、双棱镜AB 与测微目镜P ,按图 (一)所示次序放置在光具座上,用目视粗略地调整它们中心等高、共轴,并使双棱镜的底面与系统的光轴垂直,棱脊和狭缝的取向大体平行。 (2) 点亮光源M ,通过透镜照亮狭缝S ,用手执白屏在双棱镜后面检查: 经双棱镜折射后的光束,有否叠加区P 1P 2(应更亮些),叠加区能否进入测微目镜,当白屏移动时叠加区是否逐渐向左、右或上下偏移根据观测到的现象,作出判断,再进行必要的调节(共轴)。 2、 调节干涉条纹 (1) 减小狭缝宽度(以提高光源的空间相干性),一般情况下(在近处)可 从测微目镜观察到不太清晰的干涉条纹。若远一点观察不到干涉条纹,

用双缝干涉实验测波长

用双缝干涉实验测光的波长教学设计 一、设计思想 本堂课主要利用光的干涉现象测量光的波长。通过本实验,我们可以更进一步地了解光波产生稳定的干涉现象的条件,观察白光及单色光的干涉图样,并测定单色光的波长。学生在实验中,通过了解每个实验元件的作用,学会科学设计实验仪器和实验方案的思维方法;同时培养学生的实践能力、自学能力,培养学生的科学态度,让学生体验探究科学的艰辛与喜悦。 二、教学目标 1.知识目标: ⑴知道波长是光的重要参数 ⑵通过实验,学会运用光的干涉测定光的波长 ⑶更进一步理解光产生干涉的条件及探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 ⑷认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用,掌握物理实验的一些基本技能,会使用基本的实验仪器,培养学生独立完成实验的能力。 2.能力目标: 学会为达到实验目的而设计各种实验元件,培养学生的创造性思维和实践能力;学习科学探究方法,发展自主学习能力,养成良好的思维习惯,能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。 3.情感目标: 通过本节课,培养学生的科学研究态度,体验探索科学的艰辛与喜悦。 三、重点与难点 经历科学探究过程,自己设计实验、完成实验并测定光的波长。 第 1 页共6 页

四、教学过程 1.实验装置的介绍——双缝干涉仪。 它由各部分光学元件在光具座上组成。如图—1所示。 光源滤光片单缝双缝遮光筒屏 图—1 双缝干涉仪 2.观察双缝干涉图样——探究干涉条纹的间距与哪些因素有关 光源发出的光经滤光片成为单色光,单色光通过单缝后,相当于线光源,经双缝产生稳定的干涉图样,干涉条纹可从屏上观察到。 把直径约10cm、长约1m的遮光筒水平放在光具座上,筒的一端装有双缝,另一端装有毛玻璃屏,在筒的观察端装上测量头。取下双缝,打开光源,调节光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮,然后放好单缝和双缝。单缝和双缝间的距离约为5cm~10cm,使缝相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上。这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样(如图—2)。 图—2 白光的双缝干涉图样 在单缝和光源间放上滤光片就可见到单色光的双缝干涉图样(如图—3)。 第 2 页共6 页 图—3 单色光的双缝干涉图样

利用光的衍射原理测光源的波长

利用光的衍射原理测光源的波长 一、背景知识: 光波是一种电磁波,它的频率极高,可见光波的频率在143.810?~147.710?Hz 之间,人的视觉系统对这一波段的电磁波能产生各种颜色的感觉,这样就使光学实验主要依靠人眼的观察来进行。 因为光波的本质是一种电磁波,所以与其他波段的电磁波一样,描写光波的 基本参量有波长λ,频率ν(或周期T ,1T ν=) ,位相φ,振幅A 等。 单色平面波在真空中传播到p 点位置上的光振动(μ)的数学表达式在图(1)的坐标系中如下: 2sin sin 2x x u A t A t T c c π πν??????=-=- ? ?? ????? ?? ﹙1﹚ 式中A 是光波传播到P 点处的光振动的振幅,T 为光振动的周期,(ν是频率),c 是光波在真空中的速度(c=2.9979×1010 cm/s ), 2x t T c π ??- ??? 是光振动在P 点出t 时刻的相位。 单色光在真空中的波长0λ与周期(频率)的关系是: 0c cT λν == ﹙2﹚ 代入(1)式中得到光振动的另一种数学表达式: 00sin 2sin 2t x x u A A t T ππνλλ???? =-=- ? ???? ?

光波在介质中的波长λ与在真空的波长0λ的关系由下式决定: n λλ= (n 为光学介质的折射率) (3) 这样光波在折射率为n 的介质中光振动的表达是应为: 00sin 2sin 2sin 2t x t nx t u A A A T T T πππλλλ??????? =-=-=- ? ? ??????? (4) 式中:Δ=nx 称为称为光波介质中的光程。x 是光波在介质中传播的几何路程。 光是一种电磁波,光波在均匀介质中的传播,可以用波动方程来描写: 22 221t υ?ψ ?ψ=? (5) 式中ψ是波函数,υ是光波在均匀介质中传播速度。 在基础物理实验中一般应用一维波动方程, 2 22221t x ?ψ ?=?ψ?υ (6) 式中波函数()t x ,ψ=ψ,用它代表某一波面的光动。 单色的平面波或球面波的光振动与简谐振动的表达式一样,既可以用正弦函数来描写,也可以用余弦函数来描写。由于光波的频率极高,因此均匀介质中某一点光强的大小主要决定与该点光振动的振幅的平方,这样利用复数表示法就有很大的优点。 利用欧拉公式θθθsin cos i e i +=,由(4)式得: ???? ? ??-=02λπT t i Ae u (7) 这是单色平面波光振动扰动的复数表达式。 波动的传播总是伴随着能量的传递,任何波动所传递的能流密度(指单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量或表示为通过单位面积的功率),与振幅的平方成正比。对于电磁波,平均能流密度正比与电场强度振幅A 的平方,所以光的强度(即平均能流密度)为: 2A I ∝ (8) 在波动光学中,常把振幅的平方表征的光照强度称为光强度,即:

习题25 双缝干涉

一、选择题 1. 把双缝干涉实验装置放在折射率为n 的水中,两缝间距为d ,双缝到屏 的距离为D (D >>d ),所用单色光在真空中波长为λ,则屏上干涉条纹两相邻明纹之间的距离为:( ) (A )nd D λ (B )d D n λ (C )nD d λ (D )nd D 2λ (明纹条件 sin tan x d d d k D θθλ≈== ,k D D x k x d d λλ?=??=,n n λλ=) 2.双缝间距为2 mm ,双缝与幕相距300 cm 。用波长为6000?的光照射时, 幕上干涉条纹的相邻两条纹距离(单位为mm )是( ) (A )4.5 (B )0.9 (C )3.12 (D )4.15 (E )5.18 3.在双缝干涉实验中,初级单色光源S 到两缝 1s 2s 距离相等,则观察屏上中央明条纹位于图中O 处。现将光源S 向下移动到示意图中的S ′位置,则( ) O S

(A )中央明条纹也向下移动,且条纹间距不变。 (B )中央明条纹向上移动,且条纹间距不变。 (C )中央明条纹向下移动,且条纹间距增大。 (D )中央明条纹向上移动,且条纹间距增大。 (S 的位置仅仅影响中央明纹的位置) 二、填空题 1.在双缝干涉实验中,若使两缝之间的距离增大,则屏幕上干涉条纹间 距 ,若使单色光波长减少,则干涉条纹间距 。(D x d λ?=,都减小) 2.如图所示,在双缝干涉实验中SS 1=SS 2, 用波长为 λ的光照射双缝1S 和2S ,通过空气后在屏幕E 上 形成干涉条纹。已知P 点处为第三级明条纹,则1 S 和2S 到P 点的光程差为 。若将 整个装置放于某种透明液体中,P 点为第四级明条 纹,则该液体的折射率n = 。 (光程差sin 3d k δθλλ===,k ’/k=4/3, 则n =λ/λ’=4/3)

中学物理教学法《双缝干涉》实验

1、实验名称:光的双缝干涉、光具盘几何光学演示实验 2、实验目的:解中学物理教学中对几何光学、光的干涉、衍射实 验的要求,熟悉光具盘、双缝干涉实验仪的结构、性能,熟练 掌握它们的使用方法和操作技能;通过实验培养借助仪器说明 书学习独立使用仪器的能力;体会新型光具盘在设计上的特色 和尚存在的问题 3、实验教学目的:⑴双缝干涉:学会利用双缝干涉原理测量光的 波长;培养严谨的记录数据、分析数据的习惯。⑵光具盘:学 会利用光具盘中的实验仪器验证几何光学中的基本原理。 4、实验教学要求:认识区分常用几何光学仪器和元件,了解它们 的特点、光路元和用处;本演示实验光路的安装和调整使学生 通过自己动手操作,掌握一定的实验测量方法。学会利用双缝 干涉原理测量光的波长。学会利用光具盘中的实验仪器验证几 何光学中的基本原理。 5、实验在这一章有什么意义:进一步了解光的性质,明白光的干 涉原理和干涉图样的形成。通过光具盘验证光学的原理可以使 学生更直观地看到这些光学原理所对应的光学现象,理论还要 通过实验说话,有助于学生更深刻的理解光的波动性。 6、实验仪器:j2515型双缝干涉试验仪、j2501-1型光具盘演示仪、 学生电源。 7、实验原理:⑴双缝干涉:两条靠的很近的平行双缝,能把一个 线光源发出的光分成两束相干光,当这两列相干光在空间相遇

时,会出现相互加强或相互减弱的现象,即在光程差等于零或等于波长整数倍的地方,相互加强形成亮点;在光程差等于半波长的奇数倍的地方,相互抵消形成暗点。若在双缝后面置一屏幕,则可以见到明暗相间的干涉条纹。⑵光具盘:根据已有光学原理,自行组装光具盘中的光学仪器从而验证所学光学原理对应现象的真实性。 8、 实验的基本方法、基本过程:①按照说明书对实验仪器进行安 装,并进行调节使各部分等高共轴。②在遮光管一端装上观察系统,调节使之出现双缝。③先观察白色光干涉现象,然后观察单色光并记录.④计算。 9、 数据记录 1.红光 d=0.200mm L=600mm 游标尺读数 1 2 3 4 平均值 X 1(mm) 10.52 10.50 10.52 10.50 10.51 X 7(mm) 22.52 22.54 22.54 22.52 22.53 mm X X L d L d 4171067.66 51.1053.22600200.017-?≈-?=--?=?X ?= 红λ 2.绿光 d=0.200mm L=600mm 游标尺读数 1 2 3 4 平均值 X 1(mm) 9.92 9.90 9.92 9.92 9.915 X 7(mm) 19.52 19.52 19.54 19.54 19.53 mm L d L d 4171034.56 915.953.196002.017-?≈-?=-X -X ?=?X ?=绿λ

用双棱镜干涉测光波波长 (2)

用双棱镜干涉测光波波长 【实验目的】 1.掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法,加深对干涉条件的理解. 2.学会用双棱镜测定钠光的波长. 【仪器和用具】 光具座,单色光源(钠灯),可调狭缝,双棱镜,辅助透镜(两片),测微目镜,白屏. 【实验原理】 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播,并且它们的位相差不随时间而变化,那么在两列光波相交的区域,光强分布是不均匀的,而是在某些地方表现为加强,在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零),这种现象称为光的干涉, 菲涅耳利用图1所示的装置,获得了双光束的干涉现象,图中AB 是双棱镜,它的外形结构如图2所示,将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板,端面与棱脊垂直,楔角A 较 小(一般小于10 ).从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ,使成S 为具有较大亮度的线状光源.从狭缝S 发出的光,经双棱镜折射后,其波前被分割成两部分,形成两束光,就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的一样,满足相干光源条件,因此在两束光的交叠区域 21P P 内产生干涉.当观察屏P 离双棱镜足够远时,在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗 相间的、等间距干涉条纹.

图1双棱镜干涉实验光路 图2 双棱镜结构 设两虚光源1S 和2S 之间的距离为d ,虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)到观察屏P 的距离为D ,且D d <<,干涉条纹间距为x ?,则实验所用光源的波长λ为 x D d ?= λ (1) 因此,只要测出d 、D 和x ?,就可用(1)式计算出光波波长. 【实验内容】 1.调节共轴 (1)按图1所示次序,将单色光源0S ,会聚透镜L ,狭缝S ,双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上.用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴,棱脊和狭缝S 的取向大体平行. (2)点亮光源0S ,通过透镜L 照亮狭缝S ,用手执白纸屏在双棱镜后面检查:经双棱镜折射后的光束,有否叠加区21P P (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜?当移动白屏时,叠加区是否逐渐向左、右(或上、下)偏移? 根据观测到的现象,作出判断,进行必要的调节使之共轴. 2.调节干涉条纹 (1)减小狭缝S 的宽度,绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜A B ,当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时,从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹. (2)在看到清晰的干涉条纹后,为便于测量,将双棱镜或测微目镜前后移动,使干涉条纹的宽度适当.同时只要不影响条纹的清晰度,可适当增加狭缝S 的缝宽,以保持干涉条纹有足够的亮度.(注:双棱镜和狭缝的距离不宜过小,因为减小它们的距离,1S 和2S 间距也将减小,这对d 的测量不利.) 3.测量与计算 (1)用测微目镜测量干涉条纹的间距如,为了提高测量精度,可测出n 条(10~20条)干涉条纹的间距x ,除以n ,即得x ?.测量时,先使目镜叉丝对准某亮纹(或暗纹)的中心,然后旋转测微螺旋,使叉丝移过n 个条纹,读出两次读数,重复测量几次,求出x ?. (2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离 D.由于狭缝平面与其支架中心不重合,且测微目镜的分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合,所以必须进行修正,以免

用双缝干涉测量光的波长(含答案)

实验十五用双缝干涉测量光的波长 一、实验目的 1.理解双缝干涉的原理,能安装和调试仪器. 2.观察入射光分别为白光和单色光时双缝干涉的图样. 3.掌握利用公式Δx=l d λ测波长的方法. 二、实验原理 单色光通过单缝后,经双缝产生稳定的干涉图样,图样中相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与双缝间的距离d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ=d·Δx/l. 三、实验器材 双缝干涉仪,即:光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头,另外还有学生电源、导线、刻度尺. 附:测量头的构造及使用 如图1甲所示,测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,分划板会向左右移动,测量时,应使分划板的中心刻度对齐条纹的中心,如图乙,记下此时手轮上的读数.然后转动测量头,使分划板中心刻线与另一条纹的中心对齐,再次记下手轮上的刻度.两次读数之差就表示这两个亮条纹间的距离. 图1 实际测量时,要测出n条亮条纹(暗条纹)的宽度,设为a,那么Δx= a n-1 . 四、实验步骤 1.安装仪器 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上,如图2所示. 图2 (2)接好光源,打开开关,使白炽灯正常发光.调节各部件的高度,使光源灯丝发出的光能沿 轴线到达光屏.

(3)安装单缝和双缝,中心位于遮光筒的轴线上,使双缝和单缝相互平行. 2.观察与记录 (1)调整单缝与双缝间距为几厘米时,观察白光的干涉条纹. (2)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹. (3)调节测量头,使分划板中心刻度线对齐第1条亮条纹的中心,记下手轮上的读数a1; 转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻度线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时,记下手轮上的刻度数a2,则相邻两条纹间的距离Δx=\f(|a1-a2|,n-1). (4)换用不同的滤光片,测量其他色光的波长. 3.数据处理 用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l,由公式λ=错误!Δx计算波长.重复测量、计算,求出波长的平均值. 五、误差分析 测定单色光的波长,其误差主要由测量引起,条纹间距Δx测量不准,或双缝到屏的距离测不准都会引起误差,但都属于偶然误差,可采用多次测量取平均值的方法来减小误差. 六、注意事项 1.调节双缝干涉仪时,要注意调整光源的高度,使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮. 2.放置单缝和双缝时,缝要相互平行,中心大致位于遮光筒的轴线上. 3.调节测量头时,应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐,记清此时手轮上的读数,转动手轮, 使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐,记下此时手轮上的读数,两次读数之差就表示这两条纹间的距离. 4.不要直接测Δx,要测多个亮条纹的间距再计算得Δx,这样可以减小误差. 5.白光的干涉观察到的是彩色条纹,其中白色在中央,红色在最外层. 记忆口诀 亮光源、滤光片,单缝双缝成一线; 遮光筒、测量头,中间有屏把像留; 单缝双缝平行放,共轴调整不能忘; 分划线、亮条纹,对齐平行测得准; n条亮纹读尺数,相除可得邻间距; 缝距筒长记分明,波长公式要记清. 例1在“用双缝干涉测光的波长”实验中:

单缝衍射实验实验报告

单缝衍射实验 一、实验目的 1.观察单缝衍射现象,了解其特点。 2.测量单缝衍射时的相对光强分布。 3.利用光强分布图形计算单缝宽度。 二、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。 三、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。 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 ★(1)原始测量数据 将光电探头接收口移动到超过衍射图样一侧的第3级暗纹处,记录此处的位置读数X(此处的位置读数定义为0.000)及光功率计的读数P。转动鼓轮,每转半圈(即光电探头每移动0.5mm),记录光功率测试仪读数,直到光电探头移动到超过另一侧第3级衍射暗纹处为止。实验数据记录如下: 将表格数据由matlab拟合曲线如下:

★ (2)根据记录的数据,计算单缝的宽度。 衍射狭缝在光具座上的位置 L1=21.20cm. 光电探测头测量底架座 L2=92.00cm. 千分尺测得狭缝宽度 d’=0.091mm. 光电探头接收口到测量座底座的距离△f=6.00cm. 则单缝到光电探头接收口距离为f= L2 - L1+△f=92.00cm21.20cm+6.00cm=76.80cm. 由拟合曲线可读得下表各级暗纹距离: 各级暗纹±1级暗纹±2级暗纹±3级暗纹 距离/mm 10.500 21.500 31.200 单缝宽度/mm 0.093 0.090 0.093 单缝宽度计算过程: 因为λ=632.8nm.由d =2kfλ/△Xi,得 d1=(2*1*768*632.8*10^-6)/10.500 mm=0.093mm. d2=(2*2*768*632.8*10^-6)/21.500 mm=0.090mm.

光的衍射计算题

《光的衍射》计算题 1. 在某个单缝衍射实验中,光源发出的光含有两秏波长λ1和λ2,垂直入射于单缝上.假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合,试问 (1) 这两种波长之间有何关系? (2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中,是否还有其他极小相重合? 2. 波长为600 nm (1 nm=10-9 m)的单色光垂直入射到宽度为a=0.10 mm的单缝上,观察夫琅禾费衍射图样,透镜焦距f=1.0 m,屏在透镜的焦平面处.求: (1) 中央衍射明条纹的宽度?x0; (2) 第二级暗纹离透镜焦点的距离x2. 3. 在用钠光(λ=589.3 nm)做光源进行的单缝夫琅禾费衍射实验中,单缝宽度a=0.5 mm,透镜焦距f=700 mm.求透镜焦平面上中央明条纹的宽度.(1nm=10-9m) 4. 某种单色平行光垂直入射在单缝上,单缝宽a = 0.15 mm.缝后放一个焦距f = 400 mm 的凸透镜,在透镜的焦平面上,测得中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8.0 mm,求入射光的波长. 5. 用波长λ=632.8 nm(1nm=10?9m)的平行光垂直照射单缝,缝宽a=0.15 mm,缝后用凸透镜把衍射光会聚在焦平面上,测得第二级与第三级暗条纹之间的距离为1.7 mm,求此透镜的焦距. 6. (1) 在单缝夫琅禾费衍射实验中,垂直入射的光有两种波长,λ1=400 nm,λ2=760 nm (1 nm=10-9 m).已知单缝宽度a=1.0×10-2 cm,透镜焦距f=50 cm.求两种光第一级衍射明纹中心之间的距离. (2) 若用光栅常数d=1.0×10-3 cm的光栅替换单缝,其他条件和上一问相同,求两种光第一级主极大之间的距离. 7. 一束平行光垂直入射到某个光栅上,该光束有两种波长的光,λ1=440 nm,λ2=660 nm (1 nm = 10-9m).实验发现,两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍射角?=60°的方向上.求此光栅的光栅常数d. 8. 一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上,测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°.已知λ1=560 nm (1 nm= 10-9 m),试求: (1) 光栅常数a+b (2) 波长λ2 9. 用含有两种波长λ=600 nm和='λ500 nm (1 nm=10-9m)的复色光垂直入射到每毫米有200 条刻痕的光栅上,光栅后面置一焦距为f=50 cm的凸透镜,在透镜焦平面处置一屏幕,求以上两种波长光的第一级谱线的间距?x. 10. 以波长400 nm─760 nm (1 nm=10-9 m)的白光垂直照射在光栅上,在它的衍射光谱中,第二级和第三级发生重叠,求第二级光谱被重叠的波长范围. 11. 氦放电管发出的光垂直照射到某光栅上,测得波长λ1=0.668 μm的谱线的衍射角为 ?=20°.如果在同样?角处出现波长λ2=0.447 μm的更高级次的谱线,那么光栅常数最小是多少?

杨氏双缝实验实验报告

杨氏双缝干涉 一、实验目的 (1) 观察杨氏双缝干涉现象,认识光的干涉。 (2) 了解光的干涉产生的条件,相干光源的概念。 (3) 掌握和熟悉各实验仪器的操作方法。 二、实验仪器 1:钠灯(加圆孔光阑) 2:透镜L 1(f=50mm ) 3:二维架(sz-07) 4:可调狭缝s (sz-27) 5:透镜架(sz-08,加光阑) 6:透镜L 2(f=150mm ) 7:双棱镜调节架(sz-41) 8:双缝 三、实验原理 由光源发出的光照射在单缝s 上,使单缝s 成为实施本实验的缝光源。由杨氏双 缝干涉的基本原理可得出关系式△x= L λ/d ,其中△x 是像屏上条纹的宽度──相邻两条亮纹间的距离,单位用mm ;L 是从第二级光源(杨氏狭缝)到显微镜焦平面的距离,单位用mm ;λ是所用光线的波长,单位用nm ;d 是第二级光源(狭缝)的缝距(间隔),单位用mm 。 9 :延伸架 10:测微目镜架 11:测微目镜 12:二维平移底座(sz-02) 13:二维平移底座(sz-02) 14:升降调节座(sz-03) 15:二维平移底座(sz-02) 16:升降调节座(sz-03)

四、实验步骤 (1)调节各仪器使光屏上出现明显的明暗相间的条纹。 (2)使钠光通过透镜L1汇聚到狭缝s上,用透镜L2将s成像于测微目镜分划板M 上,然后将双缝D置于L2近旁。在调节好s,D和M的mm刻线平行,并适当调窄s之 后,目镜视场出现便于观察的杨氏条纹。 (3)用测微目镜测量干涉条纹的间距△x,用米尺测量双缝至目镜焦面的距离L,用显微镜测量双缝的间距d,根据△x=Lλ/d计算钠黄光的波长λ。 五:数据记录与处理 数据表如下: M/条x1(mm)x2(mm x(mm)λ(mm) r1(cm) r2(cm) d1(mm) d2(mm) r(cm) d(mm) r的平均值:d的平均值: 根据公式△x=L*λ/d求得λ(如表所示),最后求得λ的平均值为 六:误差分析

双棱镜干涉测光波波长

/d U u d x D d ?=?=,λ,UD x u d x D d ?=?=/λ222/22)()()()()(/v u u u d u x u D u u v u d x D +++?+=?λλ双棱镜干涉测光波波长 [预习思考题] 1、公式 中各量的物理意义是什么?实验中需测哪些物理量? 答:二式中各量的物理意义:λ是待测光波长;d 是狭缝的两个虚像之间的距离;D 为狭缝到观察屏的距离;ΔX 为干涉条纹间距;U 为物距(狭缝到透镜的距离);υ为像距(透镜到测微目镜的距离。目镜视场中有d 的像); d /为虚光源间距d 的像。 实验中需要测量的量有:D 、ΔX 、U 、υ、d 。 2、导出λ的不确定度传播式。 解:对上式取对数,求偏导,作方均根处理后即可得到: 3、导轨上的光学器件都等高共轴后,仍看不到干涉条纹,可能的原因主要有哪两个? 答:① 狭缝过宽;② 双棱镜棱脊未与狭缝平行。 4、使用测微目镜时应注意什么? 答:① 消除目的物与叉丝之间的视差(二者处于同一平面); ② 消除空回误差(鼓轮应沿一个方向转动,中途不能反转); ③ 叉丝的移动范围必须控制在毫米标度线所示的区域内(视场中的

,d D λ,x D d ?=λ0~8mm 以内),以防损坏读数机构。 [实验后思考题] 1、为什么双棱镜的折射角α必须很小? 答:双棱镜的折射角α如过大,形成的虚光源的像就大而散,导致干涉 条纹不清晰;另外,干涉条纹间距ΔX= 若折射角α增大,虚光源间距d 就随之增大, ΔX 就会变小,ΔX 太小则无法分辨,故双棱镜折射角α一般为0.5°~1°。 2、根据实际情况,说明狭缝宽度与干涉效果的关系。 答:狭缝过宽,则干涉条纹不清晰;狭缝过窄,又会因光通量太少使视场过暗,干涉条纹亮处不亮。 3、移动双棱镜,增大或缩小双棱镜与狭缝的间距、干涉条纹的疏密将如何变化?为什么? 答:当狭缝和测微目镜都固定后,若增大双棱镜与狭缝的距离,干涉条 纹将变密,反之变稀。根据式 λ和D 不变,当双棱镜移向测微目镜时,d 将变大,所以ΔX 变小。

用双缝干涉测光的波长

十八 用双缝干涉测光的波长 (一)目的 了解光波产生稳定的干涉现象的条件;观察双缝干涉图样;测定单色光的波长。 (二)原理 据双缝干涉条纹间距λd L x =?得,波长x L d ??=λ。已知双缝间距d ,再测出双缝到屏的距离L 和条纹间距Δx ,就可以求得光波的波长。 (三)器材 实验装置采用双缝干涉仪,它由各部分光学元件在光具座上组成,如图实18-1所示,各部分元件包括光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏。 (四)步骤 1.将光源和遮光筒安装在光具座上,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏. 2.放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样. 3.在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样. 4.用米尺测出双缝到光屏的距离L,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)条纹间的距离Δx. 5.利用表达式x L d ??= λ,求单色光的波长. 6.换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长. (五)注意事项 1.放置单缝和双缝时,必须使缝平行,并且双缝和单缝间的距离约为5~10cm. 2.要保证光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏的中心在同一条轴线上。 3.测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)条纹的中心. 4.为减小实验误差,先测出n 条亮(或暗)条纹中心间的距离a,则相邻两条亮(或暗)条纹间的距离1 -=?n a x . (六)例题 例1.(1)如图实18-2所示,在“用双缝干涉测光的波长”实验中,光具座上放 光源 滤光片 单缝 双缝 遮光筒 屏 图实18-1 图实18-2

单缝衍射光强分布的测定

实验名称: 单缝衍射光强分布的测定 实验时间: 实验者: 院系: 学号: 指导教师签字: 实验目的: 1.测定单缝衍射的相对光强分布; 2.测定半导体激光器激光的波长。 实验仪器设备: 光具座 半导体激光器 可调单缝 硅光电池 光电检流器 移测显微镜 光屏 实验原理: 1. 夫琅禾费衍射 当光在传播过程中经过障碍物,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。 衍射通常分为两类:一类是满足衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射,称为菲涅耳衍射;另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射,也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射,称为夫琅禾费衍射。 以波长为λ的单色平行光(实验用散射角极小的 激光器产生激光束)垂直通过单缝,经衍射后,在屏 上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹(夫琅禾费衍射条纹)。如图所示。根据惠更斯——菲涅耳原 理,可知 2 20 sin ββ θI I = 由θλ π βsin a = 得 220 ) s i n () s i n ( s i n λ θπλθ πθa a I I = 0I I θ叫做相对光强 暗纹条件 ) 0,,2,1(a sin =±±==θλ θI k k (θ很小,故θθθ≈≈tan sin ,) 中央明纹两侧暗条纹之间的角宽 a 2λ θ= ? 相邻两暗条纹之间角宽a λθ=?’ 0=θ时,0I I =θ,此时光强最大,为主最大。 其两侧相邻两暗条纹间都有一个次最大,角位置分别为 。,、、 a 47.3a 46.2a 43.1sin λ λλθ±±±= 相应的 008.0017.0047.00、、 =I I θ 得到单缝衍射相对光强分布曲线

实验用双缝干涉测光的波长(精)

实验用双缝干涉测光的波长 ●教学目标 一、知识目标 1.复习巩固双缝干涉实验原理. 2.观察双缝干涉图样,掌握实验方法. 3.测定单色光的波长. 二、能力目标 培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力. 三、德育目标 1.培养工作中的合作精神. 2.耐心细致的实验态度. ●教学重点 L 、d 、λ的准确测量. ●教学难点 “故障”分析及排除. ●教学方法 1.通过复习弄清测量原理. 2.学生动手实验,观察图样测定波长. ●教学用具 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺. ●课时安排 1课时 ●教学过程 一、复习基础知识 如图20—29所示,灯丝发出的光,经过滤片后变成单色光,再经过单缝S 时发生衍射,这时单缝S 相当于一单色光源,衍射光波同时达到双缝S 1和S 2之后,再次发生衍射,S 1、S 2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源,通过S 1、S 2后的单色光在屏上相遇并叠加,当路程差P 1S 2-P 1S 1=k λ(k =0、1、2…)时,在P 1点叠加时得到明条纹,当路程差P 2S 2-P 2S 1= (2k +1)· 2 (k =0、1、2…)时,在P 2点叠加时得到暗条纹.相邻两条明条纹间距Δx ,与入射光波长λ,双缝S 1、S 2间距d 及双缝与屏的距离L 有关,其关系式为:Δx =d L λ,只要测出L ,d ,Δx ,根据这一关系就可求出光波波长λ.

若不加滤光片,通过双缝的光源将是白光,因干涉条纹间距(条纹宽度)与波长成正比,因此在亮纹处,各种颜色的光宽度不同,叠加时不能完全重合,从而呈现彩色条纹. 二、测量方法 两条相邻明(暗)条纹间的距离Δx 1用测量头测出.测量头由分划板、目镜、手轮等构成,(课本图实—3),转动手轮,分划板会左、右移动.测量时,应使分划板中心刻线对齐条纹的中心(课本图实—4),记下此时手轮上的读数a 1,转动手轮,使分划板向一侧移动,当分划板中心刻线对齐另一条相邻的明条纹中心时,记下手轮上的刻度数a 2,两次读数之差就是相邻两条明条纹间的距离,即Δx =|a 1-a 2|. Δx 很小,直接测量时相对误差较大,通常测出n 条明条纹间距离a ,再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离,即条纹宽度Δx =1 n a . 三、学生活动 1.观察双缝干涉图样 (教师指导学生按步骤进行测量,也可引导学生先设计好步骤,分析研究后再进行,教师可将实验步骤投影) 步骤:(1)按课本图实—2,将光源、单缝、遮光管、毛玻璃屏依次安放在光具座上. (2)接好光源,打开开关,使灯丝正常发光. (3)调节各器件的高度,使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏. (4)安装双缝,使双缝与单缝的缝平行,二者间距约5~10 cm. (5)放上单缝,观察白光的干涉条纹. (6)在单缝和光源间放上滤光片,观察单色光的干涉条纹. 2.测定单色光的波长 (1)安装测量头,调节至可清晰观察到干涉条纹. (2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央,记下手轮上的读数a 1,转动手轮,使分划板中心刻线移动;记下移动的条纹数n 和移动后手轮的读数a 2,a 1与a 2之差即为n 条亮纹的间距. (3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离L . (4)用游标卡尺测量双缝间距d (这一步也可省去,d 在双缝玻璃上已标出) (5)重复测量、计算,求出波长的平均值. (6)换用不同滤光片,重复实验. 四、实验过程中教师指导 (1)双缝干涉仪是比较精密的实验仪器,实验前教师要指导学生轻拿轻放,不要随便拆分遮光筒,测量头等元件,学生若有探索的兴趣应在教师指导下进行. (2)滤光片、单缝、双缝、目镜等会粘附灰尘,要指导学生用擦镜纸轻轻擦拭,不用其他物品擦拭或口吹气除尘. (3)指导安装时,要求学生注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上,并使单缝、双缝平行且竖直,引导学生分析理由. (4)光源使用线状长丝灯泡,调节时使之与单缝平行且靠近. (5)实验中会出现像屏上的光很弱的情况.主要是灯丝、单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致;干涉条纹的清晰与否与单缝和双缝是否平行很有关系.因此(3)(4)两步要求应在学生实验中引导他们分析,培养分析问题的能力. (6)实验过程中学生还会遇到各种类似“故障”,教师要鼓励他们分析查找原因.

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,Departmentofphysics

Abstarct: Thisexperimentmadeuseoflaserasthelightsourcetoverif yaseriesofdiffractionpatternsof633nmlaserviadiffere ntsingleslitsandmonofilaments.Thecollimationfeature ofthelasermeetstheconditionofFraunhoferdiffraction, themonochromicfeatureoflaserprovideabetterexperimen talenvironmentthatthediffractionpatternwon`tbeinter ferebythelightofotherwavelength.weuselinearencorder connectedtopcviauLI(universalLaboratoryInterface)as thesensortoautomaticallyscanthediffractionpatternwi ththeratioof0.02mmperdot.weusebabinet’sprincipletogetthediffractionpatternofamonofilament https://www.doczj.com/doc/8012650139.html,p letelyverifiedthemethodandfeasibilityofmeasuringati nyobjectwithitsdiffractionpattern.Inaddition,wetryt omeasurethediameterofacopperwireandpeople’shairinthisway Keywords:Diffractiondistributionbabinet`sprinciples ingleslitsmeasureDiameterofthewire 1

相关主题
文本预览
相关文档 最新文档