2.2 实验设计
为保证探究的合理性和客观性,我的实验设计是:为保证实验过程中测量的数据都是在一条水平线上完成的,我们在实验台上固定一根张紧的弦,然后将实验所需光学器材按要求,按顺序依次放置于弦上。通过不断调节光源、透镜、圆孔的位置,当在承接屏上能观察到衍射图样时固定三者的位置。承接光屏必须为带有小孔的白色光屏,在承接屏后安装光强测定仪,保证穿过小孔的光是单数、完整进入测定仪,保证实验数据的准确性。接下来便可通过光强测定仪得到光强在横向、径向的不同数值。最后,运用origin8.0软件把相关数据进行处理,就可直观描绘出光强的变化图样。图3所示为实验装置图。
图3:实验装置图
1、激光器支架; 2、氖激光器; 3、凸透镜 4、透镜支架; 5、衍射圆孔; 6、承接光屏; 7调节底座; 下图为该实验的实体图:
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图4:实验装置实体图
由氦氖激光器发出的光作为光源,然后放置一个凸透镜,将发散的光线变为平行光,然后让部分光经过圆孔,用光屏承接,调节光屏与圆孔之间的距离,当距离适中时,则在光屏上能观察到明暗相间的同心圆环。光屏使用的是具有微小孔径的白屏,在光屏后面安装一个光强测定仪,使透过光屏的光能完全射入光强测定仪的探头,准确测量光强的大小,同时为满足所测量的光强在同一条直线上,我们在实验开始前和实验过程中在光源,透镜,圆孔之间运用了一条弦,让光强测定仪探头始终保持在这条弦上运动。 下图为实验光路图:
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图5:实验光路图
2.3实验的改进(如图6)
(1)、为保证径向测量光强是在同一条直线上,我们在实验过程中设置了一根水平线坐标线,令所有的光学器件沿着这条水平线运动;
(2)、为保证入射光线与水平面平行,测量光源高度和由光源射出的光线在屏上的像的高度,令两者高度相同,则保证入射光线水平;
(3)、为保证菲涅尔圆孔衍射条件认为光是从很远的地方入射过来,以平行光射入圆孔,我们特意在实验中增加凸透镜;
(4)、由于实验室提供的光强测定仪上的探头过大,导致不能准确判断进入探头内的是哪条衍射圆环,特意在探头前安装一块带有小孔的白色光屏,并将其固定在探头上,严格控制进光亮。同时为了避免白色光屏上的小孔再次发生衍射现象,将光屏与探头间的距离做到足够小,保证光强不被削弱;
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图6:实验改进实物图
3、实验步骤与测量结果
3.1 实验前准备
(1)、打开氦氖激光器,对其调节,保证射出光线水平;
(2)、在氦氖激光器与圆孔之间固定一根弦,并将此弦向后延伸。(为了保我们所测光强在同一条直线上)
(3)、由于实验室提供的光屏小孔过大和深色光屏会吸收光,我自制一白色屏和小孔,将其固定于光强测定仪的探头上。
(4)、对光强测定仪调零,对其探头进行测试。
3.2 实验过程
为保证实验数据的准确性,分别从横向和径向分析菲涅尔圆孔衍射光强的分布特点。
先设定实验使用的光源是氦氖激光器,其波长λ=632.8nm,圆孔半径ρ=0.5mm,通过调整衍射光屏和承接光屏之间的距离,找到清晰,明显的圆孔衍射图样。此时,固定衍射光屏的位置。
(1)、保证光源与衍射光屏之间的距离R,接收光屏位置不变,通过旋转探头
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