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.
d3=(2*3*768*632.8*10^-6)/31.200 mm=0.093mm.
d= (d1+ d2 +d3)/3=(0.093+0.090+0.093)/3mm=0.0920mm
相对误差Er=(| d-d’|/d’) *100%=1.1%.
六、误差分析
1.1%的误差比较小，微小误差产生的原因有：
1、L1、L
2、d’均存在读取的偶然误差。
2、在转动鼓轮移动光电探头时，每次移动距离与0.5mm间存在一定偶然误差。
3、根据拟合曲线读取的暗纹距离存在读取误差。
4、光电探头与光功率计本身存在系统误差，使得读取功率示数存在一定误差。
5、真实环境下操作时可能有自然光的干扰，导致光功率计的数据有一定偏差。
七、实验总结
1、实验结果显示的相对光强分布表明，波长为λ的单色平行光垂直照射到单缝上，在接收屏上，得到的单缝衍射图样是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：
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。
2、由波形图可以很直观地看出，中央主级大光强最大值远远大于其他主级大的光强最大值，又主极大依次向外，各级主极大光强最大值逐渐减小。
八、原始数据及数据处理过程（拍照之后粘贴在下方）（无此项实验无效，不给成绩）
见下两页
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