光的衍射现象-单缝夫琅禾费衍射

夫琅和费单缝衍射实验报告夫琅和费单缝衍射实验报告夫琅和费单缝衍射实验是光学领域中的一项重要实验，它揭示了光的波动性质。

本文将介绍夫琅和费单缝衍射实验的原理、实验装置和实验结果，并探讨其对光学理论的贡献。

一、实验原理夫琅和费单缝衍射实验是基于光的波动性质而进行的。

当光通过一个狭缝时，光波会发生衍射现象，即光波会弯曲并扩散到周围空间。

夫琅和费单缝衍射实验利用单缝的特性来观察光的衍射现象，从而揭示光的波动性。

二、实验装置夫琅和费单缝衍射实验的装置相对简单，主要包括光源、单缝、屏幕和测量仪器。

光源可以使用激光器或者单色光源，确保光的单色性。

单缝通常是一个细长的狭缝，可以是金属制成。

屏幕用于接收光的衍射图样，可以是白色的墙壁或者特制的屏幕。

测量仪器可以是尺子或者显微镜，用于测量衍射图样的尺寸。

三、实验过程实验开始时，将光源对准单缝，并调整光源的位置和角度，使得光线垂直射向单缝。

然后，在屏幕上观察到的光的衍射图样。

根据实验需要，可以调整单缝的宽度和光源的强度，观察不同条件下的衍射现象。

四、实验结果夫琅和费单缝衍射实验的结果是一系列明暗相间的条纹，称为衍射图样。

衍射图样的中央区域亮度最高，称为中央极大。

中央极大两侧是一系列暗条纹，称为暗纹。

暗纹两侧又是一系列亮条纹，称为亮纹。

亮纹和暗纹的宽度和间距与单缝的宽度和入射光的波长有关。

五、实验分析夫琅和费单缝衍射实验的结果可以用光的波动理论解释。

当光通过单缝时，光波会向前传播，并在缝后形成球面波。

这些球面波相互干涉，形成衍射图样。

中央极大对应光波的相干增强，而亮纹和暗纹对应光波的相干减弱。

夫琅和费单缝衍射实验的结果还验证了赫兹斯普龙光波理论。

根据赫兹斯普龙光波理论，光波可以看作是一系列波长和振幅不同的波组成的。

夫琅和费单缝衍射实验的结果与赫兹斯普龙光波理论预测的衍射图样相吻合，进一步证明了光的波动性。

六、实验应用夫琅和费单缝衍射实验的结果在实际应用中有着广泛的应用。

教学要求了解菲涅耳衍射、夫琅和费衍射、惠更斯－菲涅耳原理；理解光的衍射现象；单缝的夫琅和费衍射；圆孔的夫琅和费衍射、瑞利准则、分辨律；理解光学仪器的分辨本领。

15.1光的衍射现象惠更斯——菲涅耳原理15.1.1光的衍射现象及分类在讨论第六章时就已知道：孔隙（或障碍物）的线度与波长的比值直接影响着衍射现象，当孔隙（或障碍物）的线度与波长的数量级接近时，才能观察到明显的衍射现象。

对于光波，由于波长远小于一般孔隙（或障碍物）的线度，所以光的衍射现象通常不易观察到。

而光的直线传播却给人们留下了深刻的印象。

图15-1 光的衍射现象实验在实验室中，采用高亮度的激光或是普通的强点光源，同时屏幕的面积也足够大，则可以将光的衍射现象演示出来。

如图15-1（a）所示，E为屏幕，K是一个可调节的狭缝，S 为一单色点光源。

实验发现，当E，K，S三者位置固定的情况下，光通过宽缝时，是沿直线传播的，如图(a)所示。

若将缝的宽度减小到约10 4m及更小时，缝后几何阴影区的光屏上将出现衍射条纹，如图(b)所示，光斑的亮度也由原来的均匀分布变成一系列的明暗条纹（单色光源）或彩色条纹（白光光源），条纹的边缘也失去了明显的界限，变得模糊不清，这就是光的衍射现象。

衍射系统是由光源、衍射屏和接收屏组成，通常是根据三者相对位置的大小，把衍射现象分为两类。

一类是光源、接收屏（或两者之一）与衍射物之间的距离有限远。

这种衍射叫做菲涅耳衍射（或近场衍射），如图15-2（a ）所示。

另一类是光源、接收屏与衍射物的距离都是无限远。

这种衍射称为夫琅禾费衍射（或远场衍射），如图15-2（b ）所示。

在实验室中产生的夫琅禾费衍射通常利用两个会聚透镜来实现，如图15-2（c ）。

由于夫琅和费衍射在实际应用和理论上都十分重要，而且这类衍射的分析与计算都比菲涅耳衍射简单，因此本节只讨论只讨论夫琅和费衍射。

15.1.2惠更斯——菲涅耳原理惠更斯原理指出：波阵面上的每一点都可以看成是发射子波的新波源，任何时刻子波的包迹即为新的波阵面。

2020年春季大学物理实验专业班级：学号： 姓名： 日期：实验名称：单缝夫琅禾费衍射实验目的：观察激光通过单缝后的夫琅禾费衍射现象，测量出单缝宽度实验仪器材料：激光笔、光屏（白纸、墙壁）、卡片（银行卡、校园卡）、直尺、卷尺实验方案（装置）设计：相关理论（公式）、原理图、思路等【夫琅禾费衍射实验原理】：光的衍射通常分为两类：当衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远，称为菲涅耳衍射； 当衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远，称为夫琅禾费衍射。

如上图：单缝宽度AB=a ，单缝到接收屏之间的距离是L ，衍射角为Ф 的光线聚到屏上P 点。

设P 点到中央明纹中心距离X K 。

A 、B 出射光线到P 点的光程差则为φsin a 。

当光程差是半波长的偶数倍，形成暗纹。

由于Ф很小，Lax a k /sin =φ即：当λk L ax k =/，时，出现暗纹。

得到单缝宽度：kx Lk a /λ=实验过程：实验步骤、实验现象观察、出现的问题及解决方法等 {一}实验步骤：【1】自制实验器材与装置，并将“狭缝装置”固定于桌面；调整并摆好激光笔的位置，使激光能垂直于狭缝射到远处的墙壁上，并呈现较为清晰的衍射图像；【2】用卷尺测出“狭缝装置”到墙壁的距离L ，重复测量5次，取平均值，并记录数据； 【3】测量暗环中心到中央明纹中心的距离X k ，可选择第1级（k=1）或第2级（k=2）暗纹。

测量5次，取平均值，并记录数据；【4】通过实验原理部分的公式计算出狭缝宽度。

（本实验采用红色激光，红光的波长为650nm ）{二}实验现象的观察：当正确摆好实验装置后，在墙壁上可以观察到，清楚的衍射现象，有亮纹也有暗纹，如下图所示（拍摄效果可能不是很好，见谅）：{三}出现的问题以及解决的方法：（1）问题：开始时，由于并不太了解缝隙要“小”到的程度，所以缝隙宽度太大，无法观察到衍射现象解决：调节缝宽到足够小，即可观察到明显的衍射现象，在1mm 以下，现象比较明显。

单缝夫琅禾费衍射明暗纹公式
夫琅禾费衍射是物理学的一个重要分支，用于研究光的衍射现象。

夫琅禾费衍射的基本原理是：当通过一条狭缝或一些微小孔洞的光线照射一个物体时，会发生弯曲和散射。

这种现象被称为衍射。

夫琅禾费衍射明暗纹的公式是：
dsin(θ) = mλ
其中，d是狭缝孔径的宽度，θ是散射光线和中心光线之间的夹角，m是干涉级数，λ是波长。

夫琅禾费衍射明暗纹公式的含义是，照射物体的光线被散射，形成明暗不同的衍射纹。

这些纹理取决于狭缝孔径宽度与照射光线波长之比、衍射角度等因素。

在实际应用中，夫琅禾费衍射广泛用于光学、激光技术、人体健康、科学研究等领域。

例如，科学家们能够通过夫琅禾费衍射技术，在人体细胞和组织中观察到各种有用信息，以帮助研究人类疾病的发病机理和治疗方法。

总之，夫琅禾费衍射明暗纹公式是物理学中重要的公式，用于描述狭缝或孔洞光散射过程中形成的明暗纹的特征。