1008406006 物理師範陳開玉
摘要：為了觀察並驗證單縫衍射和多縫衍射的圖樣以及它們的規律，本實驗設計了基於水平光路的測量方法。運用自動光強記錄儀來對衍射現象進行比較函式化的觀察。
實驗觀察到衍射條紋隨著縫寬變窄而模糊和間距擴大，並且通過儀器對光強圖樣的位置定位和夫琅禾費光強的公式來計算單縫的縫寬。該實驗裝置結構簡單、調節方便、條紋移動清晰。
關鍵詞：衍射自動光強記錄儀單縫多縫
一、引言
光的衍射現象是光的波動性的重要表現，並在實際生活中有較多應用，如運用單縫衍射測量物體之間的微小間隔和位移，或者用於測量細微物體的尺寸等。本實驗要求通過觀察、測量夫琅禾費衍射光強分布，加深對光的衍射現象的理解和掌握。
二、實驗原理
1,衍射的定義: 波遇到障礙物或小孔後通過散射繼續傳播的現象。衍射現象是波的特有現象，一切波都會發生衍射現象,而光也是波的一種, 光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物或者小孔（窄縫），繞過障礙物，產生偏離直線傳播的現象稱為光的衍射。
衍射時產生的明暗條紋或光環，叫衍射圖樣
2,光的衍射分為夫琅禾費衍射和菲涅爾衍射, 夫琅禾費衍射是指光源和觀察點距障礙物為無限遠，即平行光的衍射;而菲涅爾衍射是指光源和觀察點距障礙物為有限遠的衍射.本實驗研究的只是夫琅禾費衍射.實際實驗中只要滿足光源與衍射體之間的距離u,衍射體至觀察屏之間的距離v都遠大於就滿足了夫琅禾費衍射的條件,其中a為衍射物的孔徑,λ為光源的波長.
3,單縫、單絲衍射原理：
如上圖所示，a為單縫寬度，縫和屏之間的距離為v，為衍射角，其在觀察屏上的位置為x，x離螢幕中心o的距離為ox=，設光源波長為λ，則有單縫夫琅禾費衍射的光強公式為：
式中是中心處的光強，與縫寬的平方成正比。
若將所成衍射圖樣的光強畫成函式圖象在座標系中，則所成函式圖象大致如下
除主極強外，次極強出現在的位置，它們是超越方程的根，其數值為：
對應的值為
當角度很小時，滿足，則ox可以近似為
因而我們可以通過得出函式中次級強的峰值的橫座標只差來確定狹縫的寬度a
4，多縫衍射和干涉原理
多縫衍射的示意圖如上圖，每條縫的寬度為a，兩條縫的中心距離為d，其中的每個單縫的衍射光強強度都和之前的單縫衍射光強公式一致。
多縫衍射與單縫的最大區別在於縫之間存在著干涉，如上圖所示，對相同的衍射角，相鄰兩縫之間的光程差為,如果縫的數目為n，則干涉引起的強度分布因子為：
其中干涉因子的函式曲線為
干涉因子曲線的特點是：
1， 主極強的位置與縫的數目n無關，只要即滿足
就能出現主極強。此時,但
2， 次級強的數目為n-2，當時，，即出現強度為0的點，也就滿足：
式中在同一k之內共有n-1個零點，即有n-2個次級大。同時上式也說明n越大，主極強的角寬度越小，峰越銳。多縫衍射的強度受單縫衍射和多縫干涉共同影響，其強度公式為其中
其函式圖象就是單縫衍射函式圖象和干涉因子的函式圖象的合成，如下圖
三、實驗儀器
he-ne雷射器、衍射光強分布記錄儀、衍射片（單縫，多縫，圓孔，圓屏），支柱若干
主要實驗儀器如下圖
擺放儀器的時候沿一條直線，要求雷射的光點正好打在記錄儀的橫狹縫的正中心，再在中間放上和交換各種衍射片進行實驗。
四、實驗步驟
1.在光導軌(1.2m)上正確安置好各實驗裝置，如上圖5所示；開啟雷射器，用小孔屏(白屏，有5mm小孔)調整光路，使雷射束與導軌平行。
2.開啟檢流計，預熱5分鐘；仔細檢查雷射器、單縫和一維光強測量裝置(千分尺)的底座是否放穩，要求在測量過程中不能有任何晃動；使用一維光強測量裝置時注意鼓輪單方向旋轉的特性（避免回程誤差）。
3.確保雷射器的雷射垂直照射單縫，將單縫調節到一合適的寬度；由於實驗所用雷射光束很細，故所得衍射圖樣是衍射光斑[light spot]（依據條件可配一準直系統，如倒置的望遠鏡，使物鏡作為光入射口，將雷射擴束成為寬徑平行光束，即可產生衍射條紋）。
4.在矽光電池處，先用小孔屏進行觀察，調節單縫傾斜度及左右位置，使衍射光斑水平，兩邊對稱。然後改變縫寬和間距，觀察衍射光斑的變化規律。
五、實驗資料及計算
實驗資料**：
作圖如下：
由於衍射光強分布的對稱性，我們只是測量了右半部分資料，做出如上圖形，課根據對稱性得出完全的衍射分布曲線。
七，實驗參考文獻無
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