单缝衍射测波长

1、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。实验目的了解单缝衍射的特点，加深对光的波动性的认识。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兀a sin 0兀a sin 0sin2u=I 00 u 2式中a是单缝的宽度，九为衍射光的波长，0为衍射角。当0 =0时，/二/，这是衍射图像中光强的最大值，称为中央主极大。00当 si

2、n 0 =匹，（k =0，1, 2, 3, ）时，则 u 二加,I = 0，a0出现暗纹。实际上0角很小，所以一般暗纹出现在0 sin0=叫处， a因此，中央主极大两侧暗纹之间的角宽度为A0=込，而其它相邻 a暗纹之间的角度均为A0 =色。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：0qsin0=1.43 , 土2.46 , 3.47 ,aaa=0.047， 0.017， 0.008I如图2所示。0/a1.4343AU2AA5A扁目图20/a1.4343AU2AA5A扁目在实验中，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

3、心位置呈等距离分布。在图1中卩“是第k级暗纹的中心位置，则有ksinO =PPa在测量中一般采用测量+k与一k两级暗纹的中心位置，令l - pp - sinO =PPa在测量中一般采用测量+k与一k两级暗纹的中心位置，令l - pp - 2PP，则上式可改写为k k - kk 0lI12(f + AX)2 + +43）al k2k ：(f + Ax)2 + 罟4）式中lk只有焦距于的1%左右，12与（f + AX）2相比更小，可以忽略kIt的影响，则式（4）可简化为如下形式4al九=k2k (f + Ax)5)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k道衍射级数k,望远镜焦距

4、f,由望远镜上读出聚焦调节量（像方截距）Ax值，即可由式（5）算出所测单色光的波长九仪器构造及使用钠光灯，WDY1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WDY1 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

5、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 x 由读数窗中所示位置 读出(Ax =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)。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。实验内容调节单缝的宽度，观察衍射图样随缝宽变化的特点。测量钠黄光的波长。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a、a并计算。左右操作重点及难点望远镜的调节调节目镜使分划板上的十字叉丝清晰。调节单缝方向使之与钠光灯的光窗缝平行。调节叉丝方向使其中一根与衍射条纹平行。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Ax的值。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k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 k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a向a的测量，起始位置应在a左 右 左的左侧，使得在测量a位置之前，叉丝就是由左向右移动的）。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。预习思考题为