单缝衍射测波长

单缝衍射测波长 通过单缝衍射实验 可具体地观察到单缝衍射现象 学习利用单缝衍射进行光波波长 的测量 同时在实验中掌握 WDY 1 型单缝衍射仪的使用方法 实验目的 1 了解单缝衍射的特点 加深对光的波动性的认识 2 学会用单缝衍射仪测量光波波长 实验原理及方法 如图 1 所示 通过单缝后的衍射光经透镜 L 相当于望远镜的物镜 会聚屏 P 上 在 屏上呈现出明暗相间的单缝衍射图像 图 1 由惠更斯一菲涅耳源理可推得单缝衍射的光强分布 2 2 0 sin u u II 1 sina u 式中 a 是单缝的宽度 为衍射光的波长 为衍射角 当 0 时 这是衍射 0 II 图像中光强的最大值 称为中央主极大 当 k 0 1 2 3 时 则 出现暗纹 实 a k sin0 Iku 际上角很小 所以一般暗纹出现在处 因此 中央主极大两侧暗纹之间 a k sin 的角宽度为 而其它相邻暗纹之间的角度均为 2 a a 除了中央主极大之外 两相邻暗纹之间都有一次极强 计算得出次极强在下列位置 sin1 43 2 46 3 47 aaa 0 047 0 017 0 008 0 I I 如图 2 所示 图 2 在实验中 一般采用测量暗纹的中心位置 因为 1 暗纹的中心位置易确定 2 中央亮纹两侧暗纹的中心位置呈等距离分布 在图 1 中 Pk是第 k 级暗纹的中心位置 则有 2 a k PPxf PP k k 2 0 2 0 sin 在测量中一般采用测量 k 与 k 两级暗纹的中心位置 令 则上式可改 0 2PPPPl kkkk 写为 3 a k l xf l k k 2 4 2 2 即 4 2 2 2 4 k k al l kfx 式中 lk只有焦距 f 的 1 左右 与相比更小 可以忽略的影响 则式 4 2 k l 2 xf 4 2 k l 可简化为如下形式 5 2 k al k fx 测出单缝宽 a 与中央亮纹对称的两条暗纹的中心们置求得 lk 知道衍射级数 k 望远镜焦距 f 由望远镜上读出聚焦调节量 像方截距 值 即可由式 5 算出所测单色光的波长 x 仪器构造及使用 钠光灯 WDY 1 型单缝衍射仪 读数显微镜等 图 3 WDY 1 型单缝衍射仪结构图 1 单缝 2 缝宽调节螺丝 3 单缝与望远镜筒的紧固螺丝 4 读数窗 5 望远镜调焦螺旋 6 测微手轮 7 测微目镜 8 望远镜仰角调节螺丝 9 支架及底座 WDY 1 型单缝衍射仪结构如图 3 所示 相当一个加装测微目镜的望远镜 可调单缝 套在望远镜物镜上 如果钠光灯距物镜的距离可视为无限远 则单缝衍射图样将呈现在物 镜的后焦平面上 望远镜的目镜是一个测微目镜 分划板装在目镜的前焦平面上 即单缝 衍射图样恰好成在分划板上 借助分划板上准线的移动可测出各条纹间的距离 实际上 光源不可能放在无限远处 这时衍射图样不能恰好成在分划板上 若要在分 划 板上能看到清晰的衍射图样 就必须稍微将物镜前移一些 前移量由读数窗中所x 示位置 读出 0 的位置 相当于物镜后焦平面与目镜前焦平面重合的位置 x 读数显微镜的使用参阅 读数显微镜及测量方法简介 有关部分 实验内容 1 调节单缝的宽度 观察衍射图样随缝宽变化的特点 2 测量钠黄光的波长 3 测量缝宽 将单缝置于读数显微镜下测量单缝两边缘的位置 并计算 a左a右 操作重点及难点 望远镜的调节 1 调节目镜使分划板上的十字叉丝清晰 2 调节单缝方向使之与钠光灯的光窗缝平行 3 调节叉丝方向使其中一根与衍射条纹平行 4 调节望远镜的物镜 使看到的衍射条纹非常清晰 此时即可记下的值 x 注意事项 lk与缝宽 a 的测量都是通过测量两个位置而确定的 并且都是通过测微手轮实现测量 的 因此在 lk与 a 的测量过程中 测微手轮只能朝一个方向旋转 每个测量的起始位置应 该在要测量的两个位置之外 例如 要实现从向的测量 起始位置应在的左侧 a左a右a左 使得在测量位置之前 叉丝就是由左向右移动的 a左 设计性实验 设计一个实验方案 用以验证单缝宽度与中央明纹宽度之间的函数关系 预习思考题 1 为什么在