单缝衍射光强分布现象可以用来进行什么实际测量?这样的测量方法有什么好处

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还有个作用就是在大学物理期末考试的时候有效的让学生抓耳挠腮比如无线通信技术.因为无线电波长较长,就用到衍射原理,能够绕过较小的障碍物,才能用在通信领域
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光电流的大小与光的强度,频率大小有关。,纯电阻电路在U从零开始慢慢加大时,在不超过电路最大安全电压情况下电流I也跟着慢慢变大;非纯电阻电路在U从零开始慢慢加大时...
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6月26日  上午9:00-12:00
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相关问答:123456789101112131415单缝衍射法测量金属线胀系数
金属线胀系数的测量是普通物理实验中的一个重要内容,该实验的关键是如何精确测量金属棒随温度变化引起长度的微小变化。在目前普通高等学校实验教材中采用的传统实验方法是光杠杆法[1],虽然该方法也能够很好地测量出金属棒微小长度的变化,但由于光杠杆系统的调节难度较大,待测物理量较多,所以引入的实验误差较大为此,本文提出单缝衍射法测量金属线胀系数,将实验装置在传统实验装置的基础上进行改进,将测量的实验数据、实验误差、实验结果与光杠杆法进行比较,结果表明:单缝衍射法实验操作简便,测量方法有创新性,实验误差明显减小,测量精度显著提高,实验结果比较理想,满足综合性实验要求,是一种较好的实验方法,可作为学生的选修实验或综合性实验。1实验装置和测量方法1.1实验装置如图1所示,实验中采用He-Ne激光器作为光源,应用现行实验室中的线胀系数测定仪,将其长度的微小变化δ端进行改进,对单缝进行改造,替代传统的光杠杆,单缝借助螺母可以微调(图3),自制的底座...&
(本文共5页)
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1引言线胀系数是金属的基本热参量,是表征材料性质的重要特征量.在工程设计领域,尤其在高精度设计中是必需考虑的特性.因此,如何既快又准地获得材料的线胀系数非常重要.大学物理实验中目前普遍使用光杠杆法和千分表法[1-2]测量金属的线胀系数,但这2种方法都是直接测量金属热膨胀时长度的微小变化,实验误差较大.为此,人们提出了一些改进方法[3-4],如刘芬芬等人对光杠杆法进行了改进[5],刘菘等人提出了电容位移传感器的方法[6],崔惜琳提出了光纤传感器的方法[7],郭颖提出了用人工神经网络法进行补偿[8].本文利用夫琅禾费单缝衍射中衍射条纹对缝宽的线性放大作用测量金属棒随温度升高时的伸长量,设计了单缝衍射法测量金属线胀系数的实验装置,将热学和光学实验组合在一起,实验精度显著提高,实验结果比较理想.该实验装置可用于学生的设计性实验或综合性实验.2实验装置在如图1所示的实验装置中,光源采用半导体激光器,波长为650nm,利用实验室现有实验仪器...&
(本文共4页)
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在光学及大学物理中关于夫琅禾费单缝衍射是一个重要的教学内容,而且是说明光波具有波动性的重要证据。在讨论夫琅和费单缝衍射的光强分布时可以有不同的方法,本文就这两种方法在教学中的优略进行比较。一、夫琅和费单缝衍射的现象如图1。1.实验装置及现象。置于透镜L1焦平面上的缝光源S(光均匀照射)所发光束通过L1后成为平行光束,照射到狭缝BB′(宽为b,很窄)上,透过狭缝的光束经透镜L2后会聚在置于L2焦平面上的光屏F上,形成衍射花样。2.衍射花样特点。花样为一组平行于狭缝的明暗相间的直线状条纹;中央条纹很明亮,两侧对称地排列着强度较小的亮条纹;两相邻亮条纹间有一条暗条纹;中央条纹的宽度是其他亮条纹宽度的两倍,强度较小的亮条纹是等宽的。二、夫琅和费单缝衍射光强的计算方法1.如图2。2.用惠更斯-菲涅耳原理来计算。(1)光强计算。如图2所示,为图1的右半部分。图中BB′放大了许多倍。平行光束垂直于缝的平面入射时,波面与缝平面重合。将缝分为一组...&
(本文共2页)
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0引言在大学物理实验中,测量单缝衍射的光强分布是一个重要的光学基础实验[1],在理论研究和实验教学中占重要地位。通过该实验可以直观地验证光具有波动性,还可以测量衍射光强的分布。在实验中,需要学生手动改变光敏探头的位置,测定各点的光强,然后在此基础上进行数据分析和画曲线图。学生要在有限的课堂实验时间里花费大量时间和精力去测量、计算、处理数据,因而理论分析和误差分析的时间相对减少,影响其对理论的理解和掌握。目前,各高校越来越重视实验创新性教学改革,因此,改进单缝衍射光强分布实验仪器和推广基于单缝衍射原理的各种应用显得尤为重要。近年来,越来越多的研究者关注单缝衍射自动测量系统,利用该系统来测量金属丝的直径、物质的膨胀系数以及产品的畸变等[2-7]。结合之前研制的迈克尔逊干涉微小尺度测量系统[8],本文利用激光的单缝衍射原理,研制了一款微小尺度测量系统。该系统的综合应用性强,可以培养和锻炼学生的实验、科研、综合创新能力。1测量原理单缝衍...&
(本文共3页)
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a,Δx·Δpx≥3.图1电子的单缝衍射大多数大学物理教材以及期刊文章对于位置-动量不确定度关系式Δx·Δpx≈h的诠释及其证明基本都采用电子(或分子)的单缝衍射实验来说明[1-2].如图1所示,一束电子沿oy方向射向AB屏上的狭缝,缝宽为a.通过狭缝后,在照相底片CD上形成衍射图样.其中,φ是第一级暗纹对应的衍射角.考虑一个电子,它在通过狭缝时,在ox方向的位置坐标有一个不确定范围:Δx=a.假设通过狭缝后电子动量是p,则落在第一级暗纹处的电子,其动量在x轴正向的分量为psinφ,即:落在中央明纹范围内的电子,动量在x轴方向的分量介于0与psinφ之间,若将其它级次的衍射明纹也考虑在内,则其动量分量的不确定范围为:Δpx≥psinφ.由此得到Δx·Δpx≥a·psinφ因为sinφ=/λa,p=h/λ,所以Δx·Δpx≥h(1)用单缝衍射实验来说明不确定度关系,尽管比较形象,便于学生理解,但却存在以下问题:首先,错误地理解了不...&
(本文共4页)
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随着激光技术的快速发展,以及计算机在物理实验中的辅助作用越来越广泛,可以利用激光综合光学实验仪和计算机,开展大量光学方面的基础性实验,而且,还不断研究开展了设计性实验内容,锻炼实验者的实验和科研能力[1]·鉴于开展设计性实验的重要性,利用激光综合光学实验仪开展设计性实验将会成为激光综合光学实验仪在物理实验中应用的重要发展趋势·本文在常规激光综合光学实验仪进行单缝衍射实验的基础上,让实验者能把所学的知识运用到解决实际问题中,利用JY-Ⅱ/Ⅲ型激光综合光学实验仪进行单缝衍射实验的拓展实验研究·1用激光综合光学实验仪进行单缝衍射实验的基本原理当光通过狭缝时,会产生衍射现象,本实验使用激光束观察光的衍射现象·由于激光的发散角极小,近似于平行光,所以可认为激光在无穷远,若将用以显示衍射图样的屏幕也置于无穷远(或屏幕与狭缝间的距离远远大于狭缝的宽度)时,则屏幕上将出现夫琅和费衍射图样·在发生夫琅禾费衍射的情况下,单缝衍射图样的中央是较宽的亮...&
(本文共3页)
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在量子物理中,不确定度关系是一条重要的基本规律,在微观世界的诸多领域有着广泛的运用.除此之外,它还对哲学、艺术等领域产生深刻的影响.一般地,对非物理专业的学生讲授量子物理,不确定度关系被简单地压缩表述为关于位置和动量、时间和能量的不等式.由于学生对量子力学理论认识的局限性,在讲授位置和动量不确定度关系式ΔxΔpx≈h时,往往避开严格的证明,通常用单缝衍射实验对其进行形象地诠释,也有文献报道不确定度关系在电子的单缝衍射实验中是成立的[1].然而,这种诠释方法,隐含着对不确定度关系并不科学的认识,即错误地理解了不确定度关系式ΔxΔpx≈h中“Δ”符号的正确含义.类似的错误诠释也可在海森堡对γ射线显微镜实验的解释中找到痕迹.笔者查阅文献,尚未发现对此问题进行探源性、质疑式的研究报道.1单缝衍射实验对不确定度关系式ΔxΔpx≈h的诠释国内外绝大多数大学物理教材,对于不确定度关系的诠释基本都采用电子的单缝衍射实验来说明.图1电子的单缝衍射...&
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谁有单缝衍射及光强分布测试的实验报告,跪求
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??asin?)/. 根据惠更斯-费涅耳原理,可导出单缝衍射的相对光强分布规律单缝衍射测缝宽实验
即 asin??0出现在
u??k? 并由图有:Xk?0.46??1?/2,k?1,2,3,?,k?,并计算出缝宽a:a为狭缝宽度;L为狭缝与屏之间的距离;。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射,亦称为远场衍射与近场衍射?Xk?L?&#47?(,就可完全应用以上的理论和公式。
四、实验内容和步骤:
1. 实验主要内容是观察单缝衍射现象?/a
?3.47。 实验中用硅光电池作光强I的测量器件。硅光电池能直接变为电能,在一定的光照范围内,光电池的光电流i与光照强度I成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计,故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替,称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时,如狭缝、小孔?
可见,用菲涅耳波带法求出的明纹条件
asin?(sinu&#47:
u. 实验证明?10m:实验时。
单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示,图中各级极大的位置和相应的光强如下:
.43?&#47?20cm,就可满足夫琅和费衍射
的远场条件。但实验证明,取L,?1.43;a(b为两相邻暗纹间距),则
即暗纹条件为
asin?,若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝,屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的,测量单缝衍射的光强分布,
其波长为632?Ltan?k
由于?很小?,、小圆屏?
明纹条件:求I为极值的各处,?1.43?
?1.6cm?2cm,所以只要取L;u2);a ?2.46,?,即可得出明纹条件。令
(sin2u&#47?
式中,即可算出缝宽a?2?asin?)/、毛发、细针?,?1.46??/a
只是近似准确的?
暗纹条件:由上式知,?3.47:
式中: u,条纹间距b正比于L和??50cm,结果较为理想?0,X1为中央明纹半宽度)
由此可见。
d、金属丝等,就能观察到明显的光的衍射现象,?3.47?L:
,暗条纹即I,亦即光线偏离直线路程的现象?/X1,反比于缝宽a。由实验曲线测出b(取平均值),k。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射,其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。
a. 理论上可以证明只要满足以下条件,若取a;
二?L?(????或L?,?0 du
推得 u?tanu 此为超越函数,同图解法求得,所以Xk?L?k?kL.80nm,
.047I0 0?为入射光的波长?/b(或a,入射光是He?Ne激光?/a
可以对L的取值范围进行估算.017I0 .0.018I
c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽
由暗纹条件:asin?1、实验原理:
光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物,改变光的直线传播??(2k?1)??,单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域?,?,??2,?k?1?2。
b。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a进行处理,从而将光强I以数字显示出来。
a.按下图接好实验仪器,先目测粗调,使各光学元件同轴等高,要注意将激光器调平、实验目的
1.观察单缝衍射现象及其特点;
2.用硅光电池测量单缝衍射的光强分布?2,以数字显示来检测光电流; 3.用单缝衍射的规律计算单缝缝宽
右,加上本实验采用的是方向性较好,发散角1?10
~1?10?5rad的半导体激光作为光源,
这样可满足夫琅和费衍射的远场条件,从而可省去单缝前后的透镜L1和L2。;
c.点亮半导体激光器,使激光垂直照射于单缝的刀口上,利用小孔屏调好光路,须特别注意的是:观察时不要正对电源,以免灼伤眼睛。
d.将WJH接上电源开机预热15min,将量程选择开关置I档,衰减旋钮置校准为止(顺时针旋到底,即灵敏度最高)。调节调零旋钮,使数据显示器显示“-000”(负号闪烁)。以后在测量过程中如果数码管显示“999”,此为超量程知识,可将量程调高一档。如果数字显示小于190,且小数点不在第一位时,可将量程减少一档,以充分利用仪器分辨率。
e. 将小孔屏置于光强测量装置之前,调二维调节架,选择所需的单缝缝宽a,观察小
孔屏上的衍射花纹,使它由宽变窄及由窄变宽重复几次,一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和变化规律,另一方面调节各元件,使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当,以便测量。这一步是测量效果是否理想的关键。
f. 移去小孔屏,调整一维光强测量装置,使光电探头中心与激光束高度一致,移动方向与激光束垂直,起始位置适当。
g. 关掉激光电源,记下本底读数(即初读数)再打开激光电源,开始测量。为消除空程,减小误差,应转动手轮使光电探头单方向移动,即沿衍射图像的展开方向(X轴方向),从左向右或从右向左,每次移动0.200mm,单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。
h. 在坐标格子上以横轴为距离,纵轴为光强,将记录下来的数值(减去初读数)描绘出来。就得单缝衍射的光强分布图。若以光强最大值I0除各数值,也可得出单缝衍射的相对光强分布图。
i. 测出狭缝到硅光电池的距离L,并从光强分布图上测出b(多测几个,取平均值)或
X1,算出狭缝缝宽a。
j. 用读数显微镜直接测出缝宽,测5次,取平均值,与衍射测量结果比较,求相对误差。
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