Physic Labs

光学

光的衍射

观察由惠更斯子波源合成的单缝夫琅禾费衍射,验证暗纹条件 asin⁡θ=mλa\sin\theta=m\lambda 及中央亮纹宽度 Δy≈2λL/a\Delta y\approx2\lambda L/a。

大学

⚠ 若用激光笔复现实验,切勿将光束对准眼睛或反射面;最好把衍射图样投射到漫射屏上。

器材

  • 带惠更斯次波源的缝平面与强度屏
  • “波长 λ”“缝宽 a”“屏距 L”滑块
  • “重置参数”按钮

实验步骤

  1. 观察衍射图样形成

    保持默认参数,观察缝中惠更斯子波在屏上干涉:中央亮纹两侧是对称暗纹和较弱的次极大。读取强度分布并定位第一级暗纹。

  2. 收窄缝宽

    减小缝宽滑块 a,观察图样变宽——与直觉相反,缝越窄衍射越强。读取第一暗纹的角位置并对照 sin⁡θ=λ/a\sin\theta=\lambda/a;a 减半时宽度 Δy≈2λL/a\Delta y\approx2\lambda L/a 应加倍。

  3. 改变 λ 和 L

    分别扫描波长滑块与屏距 L:整个图样与两者都成线性关系,Δy∝λL\Delta y\propto\lambda L。选定一组参数,用测得的中央宽度经 a=2λL/Δya=2\lambda L/\Delta y 反推缝宽,并与滑块值核对。

模拟

实验历史

弗朗切斯科·格里马尔迪观察到光绕过障碍物后创造了“衍射”一词,著作在他去世后的1665年出版,其中甚至描述了后来波动理论才能解释的条纹。牛顿也研究过该现象,但以光的微粒观解读,延缓了波动说的被接受。 奥古斯坦-让·菲涅耳1818年的获奖论文把惠更斯原理与干涉统一起来,定量计算了衍射图样——著名的泊松亮斑检验在实验上证实了它。随后夫琅禾费在1820年代的光栅工作把衍射变成测量波长的精密工具,成为现代光谱学的始祖。

相关物理学家

相关知识库主题