实验:双缝夫琅禾费衍射 一.实验目的 1.观察现象,再现历史著名的具有划时代意义的杨氏双缝实验第一次就是用双孔来完成的。 2.通过观察到的衍射图案确认双孔衍射实际是单孔衍射与双孔干涉合成的结果。 二.实验原理 双孔夫琅和费衍射在观察屏上的光强分布为:I=4 dsin.其中, 为单孔夫琅和费衍射因子,并且 sin,其中 d:双孔中心距离;a: 孔半径; (x):一阶贝赛尔函数;:波长; :衍射角。 双孔干涉条纹:平行、等间隔的条纹是双孔干涉的结果—部分再现了杨氏双孔干涉。 双孔干涉极大满足 dsin 为双孔到屏幕的距离。单圆孔衍射的影响:同心圆即为单孔衍射,图像中心亮斑称为艾里斑(Airy disk)。θ /D,D=2a为圆孔直径。 杨氏双孔干涉实验:英国物理学家托马斯杨最先在1801 年得到两列相干的光波,并且以 明确的形式确立了光波叠加原理,用光的波动性解释了干涉现象。他用强烈的单色光照射到 开有小孔 的不透明的遮光板上,后面置有另一块光阑,开有两个小孔S1和S2。在后面的 观察屏看到了明暗相间的条纹。 双孔夫琅和费衍射特点:杨氏双孔干涉实验假设孔的尺寸很小(可视作点光源), 在观察 屏上看到的只是等间距的干涉条纹。居家实验中,孔的尺寸不能忽略,我们可以看到单孔衍 射和双孔干涉的图案同时清晰存在,如图所示,其中,同心圆环是衍射图案,等间距直线条 纹即为双孔干涉图案。 三.实验主要步骤或操作要点 测量双孔衍射图中的艾里斑直径,计算圆孔直径D。实验器材: 1.激光笔(红光,绿光。建议使用激光翻页笔),胶皮筋缠在激光笔开关处,可使激光笔处 于开的状态。 2.分度值为0.5mm 或1mm 的直尺 ,用来测量条纹间距和爱里斑直径;卷尺,用于测量双孔 到观察屏距离L。 3.铝箔或其他易制孔的材料;缝衣针,用于扎孔。 4.墙面作为观察屏(与双孔连线的垂直距离大于1 m,以满足夫琅和费条件,尽可能远使图 像清晰)。 5.手机(照相)及可以固定激光笔和铝箔(双孔)的 物品如纸箱,泡沫板等。 实验步骤: 1.制作双孔:以铝箔为例,用缝衣针在铝箔上均匀用力且在水平方向扎两个孔,两个孔之间 距离尽可能小,每个孔尺寸也尽量小(扎孔时以刚刚扎透为度),这样可以使艾里斑增大, 视场增大,也可以使条纹清晰。 固定装置:将激光笔和铝箔(双孔)固定在同一高度,如下面的实验装置示意图。3.调节:胶皮筋