實用標準

得分

教師簽名

批改日期

深

圳

大

學

實

驗

報

告

課程名稱：

大學物理實驗（一）

實驗名稱：

單縫衍射的光強分布

學院：

專業：

班級：

組號：

指導教師：

報告人：

學號：

實驗時間：

年

月

日星期

實驗地點

科

技樓

90

實驗報告提交時間：

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實用標準

一、實驗目的

１．觀察單縫衍射現象及其特點；

２．測量單縫衍射的光強分布；

３．用單縫衍射的規律計算單縫縫寬；

二、實驗原理：

光在傳播過程中遇到障礙物時將繞過障礙物，改變光的直線傳播，稱為光的衍射。當障礙物的大小

與光的波長大得不多時，如狹縫、小孔、小圓屏、毛發、細針、金屬絲等，就能觀察到明顯的光的

衍射現象，亦即光線偏離直線路程的現象。光的衍射分為夫瑯和費衍射與費涅耳衍射，亦稱為遠場

衍射與近場衍射。本實驗只研究夫瑯和費衍射。理想的夫瑯和費衍射，其入射光束和衍射光束均是

平行光。單縫的夫瑯和費衍射光路圖如下圖所示。

a.理論上可以證明只要滿足以下條件，單縫衍射就處于夫瑯和費衍射區域：

a或La

2

2

8L

8

式中：a為狹縫寬度；L為狹縫與屏之間的距離；為入射光的波長。

可以對L的取值范圍進行估算：實驗時，若取a1104m，入射光是HeNe激光，其波

長為632.80nm，

a21.6cm2cm

，所以只要取L20cm，就可滿足夫瑯和費衍射的遠場條件。

但實驗證明，取L50cm，結果較為理想。

b.根據惠更斯－費涅耳原理，可導出單縫衍射的相對光強分布規律：

I(sinu/u)2

I0

式中：

u(asin)/

暗紋條件：由上式知，暗條紋即I0出現在

u(asin)/，2，

即暗紋條件為

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asink，k1，k2，

明紋條件：求I為極值的各處，即可得出明紋條件。令

推得

此為超越函數，同圖解法求得：

d(sin2u/u2)0

du

utanu

u0，1.43，2.46，3.47，

即

asin0，1.43，2.46，3.47，

可見，用菲涅耳波帶法求出的明紋條件

asin(2k1)/2，k1，2，3，

只是近似準確的。

單縫衍射的相對光強分布曲線如下圖所示，圖中各級極大的位置和相應的光強如下：

sin

I

0

1.43/a

0.047I0

2.46/a

0.017I0

3.47/a

.0.018I0

I0

c.應用單縫衍射的公式計算單縫縫寬

由暗紋條件：asink

并由圖有：XkLtank

由于很小，所以

XkLkkL/a

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令bXk1XkL/a（b為兩相鄰暗紋間距）

，則

aL/b（或aL/X1，X1為中央明紋半寬度）

由此可見，條紋間距b正比于L和，反比于縫寬a。由實驗曲線測出b（取平均值）

，即可算

出縫寬a。

d.實驗證明，若將單縫衍射的光路圖中的單縫換成金屬細絲，屏上夫瑯和費花樣和同樣寬度的單

縫衍射花樣是一樣的，故只需將單縫寬度a用金屬細絲直徑d代替，就可完全應用以上的理論和公

式。

三、實驗儀器：

導軌、激光電源、激光器、單縫二維調節架、小孔屏、一維光強測量裝置、WJH型數字式檢流計。

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四、實驗內容和步驟：

1.實驗主要內容是觀察單縫衍射現象，測量單縫衍射的光強分布，并計算出縫寬a。

實驗中用硅光電池作光強I的測量器件。硅光電池能直接變為電能，在一定的光照范圍內，光

電池的光電流i與光照強度I成正比。本實驗用的是WJH型數字式檢流計，以數字顯示來檢測光電

流。它是采用低漂移運算放大器、模/數轉換器和發光數碼管將光電流a進行處理，從而將光強I以

數字顯示出來。

a．按下圖接好實驗儀器，先目測粗調，使各光學元件同軸等高，要注意將激光器調平；

b．激光器與單縫之間的距離以及單縫與一維光強測量裝置之間的距離均置為50cm左右，加上

本實驗采用的是方向性很好，發散角1103~1105rad的HeNe激光作為光源，這樣可滿足

夫瑯和費衍射的遠場條件，從而可省去單縫前后的透鏡L1和L2。

；

c．點亮HeNe激光器，使激光垂直照射于單縫的刀口上，利用小孔屏調好光路，須特別注

意的是：觀察時不要正對電源，以免灼傷眼睛。

d．將WJH接上電源開機預熱15min，將量程選擇開關置I檔，衰減旋鈕置校準為止（順時針

旋到底，即靈敏度最高）

。調節調零旋鈕，使數據顯示器顯示"-000"

（負號閃爍）

。以后在測量過

程中如果數碼管顯示"999"

，此為超量程知識，可將量程調高一檔。如果數字顯示小于190，且小

數點不在第一位時，可將量程減少一檔，以充分利用儀器分辨率。

e.將小孔屏置于光強測量裝置之前，調二維調節架，選擇所需的單縫縫寬a，觀察小孔屏上

的衍射花紋，使它由寬變窄及由窄變寬重復幾次，一方面觀察在調節過程中小孔屏上的各種現象和

變化規律，另一方面調節各元件，使小孔屏上的衍射圖像清晰、對稱、條紋間距適當，以便測量。

這一步是測量效果是否理想的關鍵。

f.移去小孔屏，調整一維光強測量裝置，使光電探頭中心與激光束高度一致，移動方向與激

光束垂直，起始位置適當。

g.關掉激光電源，記下本底讀數（即初讀數）再打開激光電源，開始測量。為消除空程，減

小誤差，應轉動手輪使光電探頭單方向移動，即沿衍射圖像的展開方向（X軸方向）

，從左向右或

從右向左，每次移動0.200mm，單向、逐點記下衍射圖像的位置坐標X和相應的光強。

h.在坐標格子上以橫軸為距離，縱軸為光強，將記錄下來的數值（減去初讀數）描繪出來。

就得單縫衍射的光強分布圖。若以光強最大值I0除各數值，也可得出單縫衍射的相對光強分布圖。

i.測出狹縫到硅光電池的距離L，并從光強分布圖上測出b（多測幾個，取平均值）或X1，

算出狹縫縫寬a。

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j.用讀數顯微鏡直接測出縫寬，測5次，取平均值，與衍射測量結果比較，求相對誤差。

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五、數據記錄：

組號：

=________

；姓名

坐標

X(mm)

相對強坐標

相對強坐標

相對強坐標

相對強

度I

度I

X(mm)

度I

X(mm)

度I

X(mm)

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六、數據處理：

L50cm0.05cm0.5m

650nm6.50107m

中央明紋半寬度為：X1

16.200mm12.800mm1.700mm1.7103m

2

aL/X10.5m6.5010m1.91104m

7

則：

1.7103m

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七、實驗結果與討論：

八：問答題

1當縫寬增加一倍時，衍射花樣的光強和條紋寬度將會怎樣改變？如果縫寬減半，又怎

樣改變？

答：由aL/b可知，當a增加一倍時，L、保持不變，b變為原來的1/2，光強

增加，條紋變細。當a減半時，b變為原來的兩倍，光強減弱，條紋變寬。

2激光輸出光強如有變動，對單縫衍射圖像和光強分布曲線有無影響？有何影響？

答：激光輸出的光強增大時，衍射圖像明紋變亮，光強分布曲線變陡，當輸出光強減

時，衍射圖像明紋變暗，光強分布曲線變平緩。

弱

3用實驗中的方法是否可測量細絲直徑？其原理和方法如何？

證：

光程差

，

L2aL

2

即

2

得L2

a22L22L

4

由于2極小，故舍去，得

a22L

4

即a2/8L1

4本試驗中，=632.80mm，縫寬約為0.005cm,屏距L約為50cm試驗證是否滿足夫瑯

和衍射條件：

答：可以，把單縫換成要測量的金屬絲，

屏上夫瑯和費衍射花樣和同樣寬度的單縫衍射花樣的一樣，

故只需將單縫寬度a換成細絲直徑d，則可計算出d。

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指導教師批閱意見：

成績評定：

預習

（20分）

操作及記錄

（40分）

數據處理及思考題（40分）

數據處理

25分

結果與討論

5分

思考題

10分

報告整體

印象

總分

注：1、報告內的項目或內容設置，可根據實際情況加以調整和補充；

2、教師批改學生實驗報告時間應在學生提交實驗報告時間后10日內；

3、教師可根據實驗報告整體情況酌情扣分（10分）

。

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得分

教師簽名

批改日期

深

圳

大

學

實

驗

報

告

課程名稱：大學物理實驗（一）

實驗名稱：

單縫衍射的光強分布

學院：

專業：

班級：

組號：B7

指導教師：

報告人：

學號：

實驗時間：

201

年

月

日星期

實驗地點

科

技樓

90

實驗報告提交時間：

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實用標準

一、實驗目的

二、實驗原理：

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實用標準

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實用標準

三、實驗儀器：

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實用標準

四、實驗內容和步驟：

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實用標準

五、數據記錄：

組號：

B7

；姓名

=________

坐標

X(mm)

相對強坐標

相對強坐標

相對強坐標

相對強

度I

度I

X(mm)

度I

X(mm)

度I

X(mm)

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實用標準

六、數據處理：

七、實驗結果與討論：

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實用標準

八：問答題

1當縫寬增加一倍時，衍射花樣的光強和條紋寬度將會怎樣改變？如果縫寬減半，又怎

樣改變？

2激光輸出光強如有變動，對單縫衍射圖像和光強分布曲線有無影響？有何影響？

3用實驗中的方法是否可測量細絲直徑？其原理和方法如何？

4本試驗中，=632.80mm，縫寬約為0.005cm,屏距L約為50cm試驗證是否滿足夫瑯

和衍射條件：

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實用標準

指導教師批閱意見：

成績評定：

預習

（20分）

操作及記錄

（40分）

數據處理及思考題（40分）

數據處理

25分

結果與討論

5分

思考題

10分

報告整體

印象

總分

注：1、報告內的項目或內容設置，可根據實際情況加以調整和補充；

2、教師批改學生實驗報告時間應在學生提交實驗報告時間后10日內；

3、教師可根據實驗報告整體情況酌情扣分（10分）

。

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五、數據記錄：

組號：

B7

；姓名

=6.5x10-7mm

本底=0.05

L=516.0-35.0=481.0mm

單縫衍射的光強分布實驗數據表

坐標

X(mm)

相對強

度I

坐標

X(mm)

相對強

度I

坐標

X(mm)

相對強

度I

坐標

X(mm)

相對強

度I

991.331.83

991.131.88

990.931.92

990.731.83

990.531.74

990.331.67

990.131.53

989.931.43

989.731.27

989.531.13

989.330.96

989.130.86

988.930.72

988.730.58

988.530.46

988.330.35

988.130.27

987.930.20

987.73