光强分布的测定,物理实验教学中心,实验背景,早在17世纪，意大利的F.M.格里马第就发现点光源照射物体时， 有时在该物体的影子边缘会出现彩带。格里马第称这种现象为 “衍射”。后来，英国科学家R.胡克也观察到类似的现象，但他们 都未能对衍射现象作出正确的解释。1818年，菲涅耳提出了今天 被称为惠更斯-菲涅耳原理的新理论，并创造了菲涅耳半波带法来 定量计算物体的衍射光强分布，菲涅耳的所有计算都与实验结果 相符。菲涅耳所做的衍射实验，其光源和观察屏距离衍射孔都不 是无限远，因而对衍射孔都有一个张角。而同一时期德国的夫琅 禾费采用入射光与出射光都是平行光来研究衍射现象，即光源和 光屏距离衍射物体都是无限远。我们把这种远场衍射方式产生的 衍射称为“夫琅禾费衍射”，而把前者称为“菲涅耳衍射”。可以看出， 夫琅禾费衍射是菲涅耳衍射的一种极限情形，数学上更容易处理。,衍射现象是一切波所共有的特性，日常生活中声波、水波、无线电波的衍射随时随地发生，易为人觉察，而光的衍射却很难觉察，这是因为光的波长极短而普通光源又是非相干光源。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。衍射现象的存在，深刻说明了光子的运动是受测不准关系制约的，因此研究光的衍射，不仅有助于加深对光的本性的理解，也是近代光学技术（如光谱分析、晶体分析、全息分析、光学信息处理等）的实验基础。衍射导致光强在空间的重新分布，利用光电传感器元件探测光强的相对变化，是近代技术中常用的光强测量方法之一。,实验目的, 观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。 会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。 学会用衍射法测量。,实验仪器,1半导体激光器，2可调宽狭缝，3光导轨，4小孔屏， 5光电探头，6一维光强测量装置，7数字检流计。,实验原理,1单缝衍射的光强分布,当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，则衍射现象很容易观察到。,垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为,2衍射障碍宽度（d）的测量,因此，如果测到了第K级暗条纹的位置x，用光的衍射可以量细缝的宽度。,3光电检测,衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，是光学精密测量的常用方法。,实验内容与步骤,1观察单缝衍射的光强分布,2测量衍射条纹的相对强度分布,3测量单缝的宽度（=635.0nm）,注意事项, 实验中应避免硅光电池疲劳；避免强光直接照射加速老化。 避免环境附加光强，实验应处于暗环境操作，否则应对数 据做修正。 测量时，应根据光强分布范围不同，选取不同的测量量程。,思考题, 什么叫光的衍射现象？试说明单缝衍射的两大种类。 夫琅禾费衍射应符合什么条件？本实验为何可认为是夫琅禾 费衍射？ 单缝衍射的光强是怎么分布的？ 如果激光器输出的单色光照射在一根头发丝上，将会产生 怎样的衍射图样？可用本实验的哪种方法测量头发丝的直径？ 用两台输出光强不同的同类激光器做单缝衍射实验， 衍射光斑和相对光强分布曲线有无区别？为什么？,