怎样调整仪器装置才能使 观察到的电子衍射装置图实验 理论结果

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简介：本文档为《衍射光强的实验教案doc》，可适用于高等教育领域，主题内容包含绪论单缝衍射光强分布研究教学目的、观察单缝衍射现象加深对衍射理论的理解、学会使用衍射光强实验系统并能用其测定单缝衍射的光强分布、形成实事求是的科学态符等。
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单缝衍射实验讲义
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光学实验指导书
导读：六、实验注意事项，2、防止实验装置受振动引起干涉环的变化，4、平凸透镜L及平板玻璃P的表面加工不均匀是此实验的重要误差来源，实验九菲涅耳单缝和圆孔衍射，一、实验目的，二、实验原理，SZ-23）10：升降调整座（SZ-03）四、实验内容和步骤，（一）实验内容1、调整光路，（一）实验步骤调节与观察，2、实验装置，将实验装置9－3中的狭缝换成φ1.5mm的圆孔，五、实验注意事项，1、本实验的光路调节?R?(?x1x1??x2x2__)R，其中?x1__??(dm2?dm1)_____________22m2m12222（dm 和dm 均为直接测量量），环21x1d?d纹直径测量误差引起的不确定度包括： （1）测量时目镜叉丝对准环纹的对准程度的误差引起的不确定度，属于A 类不确定度，服从正态分布，取标准偏差 例如 __?x1A??x1?[d222?(x212i?x1)2n?1__2
( n?m2?m1?10) 221?x1A??d)?x1]?[d?d)?x1]?....211__210?1 (2)仪表精确度误差引起的不确定度，测量的最小的刻度为0.01mm。刻度为 均匀分布 ?d?0.023(mm) 2?0.023?x1B?2?dm2?2?dm1??x1Bd___________22m2m1(dm2?dm1)(mm) ?0.04______________ ?d3(dm2?dm1)22?R?[?(dm2?dm1)d___________22m2m1???__?d?]R ?[?xd2m2?d2m1?0.04______________???__3(dm2?dm1)?]R 六、实验注意事项 1、干涉环两侧的序数不要数错。 2、防止实验装置受振动引起干涉环的变化。 3、防止移测显微镜的“回程”，第一个测量值就要注意。测量过程要单向测量。 4、平凸透镜L及平板玻璃P的表面加工不均匀是此实验的重要误差来源。为此应测大小不等的多个干涉环的直径去计算R，可得平均的效果。
31 七、思考题 1、如何解释牛顿环干涉图样中不等间距的现象。 2、用同样的方法能否测定凹透镜的曲率半径。
实验九 菲涅耳单缝和圆孔衍射 一、实验目的 1、加深对菲涅耳衍射半波带的理解；
2、研究菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的条件。
二、实验原理 菲涅耳单缝衍射的原理图如图9-1
图9-1 菲涅耳衍射光源和观察屏离障碍物（孔或屏）为有限远时的衍射 。以单色点光源照射圆孔，在有限远处设置观察屏，在屏上将观察不到圆孔的清晰几何影，而是一组明暗交替的同心圆环状衍射条纹。以不透光的圆屏代替圆孔，在原几何影中心可观察到亮点，外围与圆孔衍射一样是明暗交替的圆环条纹 。以上是菲涅耳衍射的典型例子。根据惠更斯-菲涅耳原理计算菲涅耳衍射的强度分布时，必须对波前作无限分割，然后用积分求次波的合振幅，计算比较复杂。在处理圆孔或圆屏衍射时常用菲涅耳半波带法，它是用较粗糙的分割来代替对波前的无限分割，相应地，次波叠加时的积分可简化成多项式求和。此法虽然不够精确，但可较方便地得出菲涅耳衍射的主要特征。
32 菲涅耳圆孔衍射 如图9-2，S是波长为λ的点光源，P为观察点。考虑半径为b+?2R的球面波前Σ，它与SP交于O点，以观察点P为中心，依次以 b+2?b+?，，b+3?2，??为半径作一系列球面，把Σ分割成许多以O为心的圆环带。每个环带看成是发射次波的一个单元，相邻两环带所发次波到达P点的光程差（见光程）均为?/2（对应相位差为π），故每个环带称为半波带。从中心O算起，设第k个半波带在P点引起的振幅为ak，则有akaF?sk/rk，式中 ?sk为第k个波带的面积，rk为它到P点的距离，F为该波带处的倾斜因子。从几何上可证?sk/rk近似为常数，故ak仅由倾斜因子决定，按菲涅耳的假设，有a1?a2?a3A?a1?a2?a3?a4?.....a?a12?(?1)n?1an2?。故P点的合振幅为
图9-2 若在波前Σ处放置一带圆孔的无穷大不透光屏，圆孔中心在连线SP上，则P点的合振幅A就由未被遮挡的半波带数决定，A等于有限项之和，其大小由露出的半波带数的奇偶性决定。半波带的划分与观察点P的位置有关，当P点沿轴线移动时，露出的半波带数的奇偶性将交替变化，P点的强度也作明暗交替变化。当观察点向轴外移动时，露出的半波带不断变化，强度也相应地作明暗交替变化，于是形成圆环条纹。
由菲涅耳衍射原理： A?a12?(?1)n?1an2
33 当观察屏不动时，改变缝宽d，半波带的数目改变；当半波带数为奇数时屏中央出现亮纹；当半波带数为偶数时屏中央出现暗纹。
当缝宽d不变时，移动屏，当半波带数为偶数时，屏中央为暗纹；当半波带数为奇数时屏中央为亮纹。
当缝宽改变到很小时或屏较远时，菲涅耳衍射转化为夫琅和费衍射。
三、主要仪器及耗材 1：激光器架（SZ-42）
6：白屏 （SZ-13） 2：He-Ne激光器
7：升降调整座（SZ-03） 3：扩束器（f ′= 4.5 mm）
8：三维平移底座（SZ-01） 4：二维架
9：二维平移底座（SZ-02） 5：可调狭缝 、圆孔板（φ1.5 mm，SZ-23）
10：升降调整座（SZ-03） 四、实验内容和步骤 （一）实验内容 1、调整光路。
2、改变缝宽，观察衍射结果，并分析。
3、改变观察屏，观察衍射结果，并分析。
4、观察菲涅耳衍射、夫琅和费衍射的转化，并与理论分析进行比较。
5、使激光通过扩束器（造成非远场条件）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。
34 （一）实验步骤 调节与观察 ① 使激光通过扩束器（造成非远场条件）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。 ② 在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。 2、实验装置
图9-4 调节与观察 将实验装置9－3中的狭缝换成φ1.5 mm的圆孔，如图（9－4），使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮―暗―亮的变化。图样中心的亮或暗，取决于点光源与圆孔的距离、圆孔的半径和圆孔到观察屏的距离。 五、实验注意事项 1、本实验的光路调节， 无论对实验能力的培养还是对波长的测量都很重要， 一定要认真、 耐心地调节。 2、光学元件(光栅、三棱镜、平面镜等)易损易碎，必须轻拿轻放，严禁用手触摸拿捏光学面，只能拿支架或非光学面，以免弄脏或损坏。 六、思考题 1、菲涅耳衍射的条件？
2、夫琅和费衍射的条件？
3、分析缝宽、观察距离改变时衍射结果的改变。
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