衍射法微小线径的测定
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径1. 引言1.1 激光衍射法的基本原理激光衍射法是一种利用激光光束经过细丝时发生衍射现象来测量细丝直径的方法。
其基本原理是将激光光束照射到纺织品细丝上，细丝会散射出具有特定频率和方向的光线。
这些衍射光线经过适当的光学系统，形成明暗交替的衍射斑图。
通过测量这些衍射斑的特性，如斑点之间的距离和角度，可以计算出细丝的直径。
激光衍射法利用了激光光束的高强度和单色性，使其在经过细丝后产生清晰的衍射斑图，从而能够准确测量细丝直径。
与传统的光学显微镜方法相比，激光衍射法具有更高的测量精度和测量范围，能够适用于不同类型和直径范围的纺织品细丝。
激光衍射法通过利用激光的特性和衍射现象，实现了对纺织品细丝直径的精确测量，为纺织品生产和质量控制提供了重要的技术支持。
1.2 纺织品细丝直径的重要性纺织品细丝直径是纺织品品质的重要指标之一。
纺织品细丝直径的大小直接影响着纺织品的质地、手感、透气性和耐磨性等性能。
纺织品细丝直径的精确测量对于调整纺纱工艺、改进纺织品产品质量具有重要意义。
纺织品细丝直径决定了纺织品的织物密度及表面光泽度。
纤维直径较细的纺织品更加柔软细腻，而直径较粗的纺织品则具有较强的耐磨性和结实度。
通过准确测量纤维直径，可以有针对性地调整纺纱工艺参数，生产出更符合市场需求的纺织品产品。
纺织品细丝直径对纺织品的透气性和吸湿性也有影响。
细丝直径较细的纺织品透气性好，吸湿快，适合夏季穿着；而较粗的纺织品则保暖效果更好，适合冬季穿着。
通过准确测量纤维直径，可以根据不同季节和用途要求生产出功能性更强的纺织品产品。
纺织品细丝直径的重要性不言而喻。
精确测量纤维直径将有助于提高纺织品的品质，满足消费者多样化的需求，推动纺织品行业的发展。
研究和应用激光衍射法测量纺织品细丝直径具有重要意义，值得进一步探索和推广。
2. 正文2.1 激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用激光衍射法在纺织品细丝直径测量中的应用是一种非常有效的技术方法。
3.6光学衍射法测定细丝直径
（一）比较单缝衍射和圆孔衍射图样的异同点 相同点都是明暗相间的条纹。不同点是圆孔衍射条纹为圆环形状，而单缝衍射条纹是直 线形状。 （二）衍射图样的形状与障碍物的形状的关系 光源选用激光笔，缝和孔的具体制作过程简述如下： 用刀片、缝衣针等工具在不透光的塑料卡片（如电话卡）上，分别刻制出不同宽度的缝 和不同大小、不同形状的孔。如图 1 所示卡片上制作宽度约为 2 mm 的缝 a 和宽度约为 0．5 mm 的缝 b；如图 2 所示卡片上制作直径约为 2 mm 的圆孔 c 和直径约为 1 mm 的圆孔 d；如图 3 所示卡片上制作线度都约为 1 mm 的正三角形孔 e、正方形体正多边形孔 g。
些点,互补屏产生完全相同的光强分布. 2 单缝夫琅和费衍射光强分布规律 在讨论单丝衍射之前先来讨论夫琅和费单缝衍射
夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏离缝都是无限远，如图 1 装置能实现这一要求。
L1
A
L2
S f1
a
φ
O
B
Xk
Pφ
图一
L
P
图中将单色光源置于透镜 L1 的前焦平面上，光束经 L1 后变成平行光，垂直照射于宽度为 a 的狭缝 AB 上，根据惠更斯-菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方 向发出球面次波，这些次波经透镜 L2 后，在其后焦平面的观察屏上，可看到一组明暗相间，
实验数据记录及处理
(单位：mm)
测量方法 测量项目
测量次数
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种常用于测量纺织品细丝直径的非接触式测量方法。
它利用激光光束通过纺织品细丝产生的衍射现象，结合适当的数学模型，可以准确地计算出细丝的直径。
在激光衍射法测量纺织品细丝直径时，首先需要准备一台激光仪器。
这台仪器通常由激光光源、光电探测器、计算机等组成。
激光光源会发出一束单色激光光束，经过透镜后形成平行光束照射到样品上。
当激光光束通过纺织品细丝时，会产生衍射现象，衍射光会被光电探测器接收到。
通过测量衍射光的强度分布，就可以计算出细丝的直径。
具体测量时，可以选择两种方式进行激光衍射法测量纺织品细丝直径，分别是垂直衍射法和平行衍射法。
垂直衍射法是将激光光源正对纺织品细丝，由光电探测器接收衍射光。
这时，细丝直径与衍射光的分布图案有直接的关系。
通过分析衍射光的强度分布，可以计算出纺织品细丝的直径。
由于纺织品细丝与光轴垂直，所以在计算时需要考虑细丝的俯视角等因素，以减小误差。
无论是垂直衍射法还是平行衍射法，都需要进行一定的数据处理和计算才能得到准确的纺织品细丝直径。
常用的处理方法包括傅里叶变换、图像处理等。
在实际测量中还需要考虑一些影响因素，如光源的波长、细丝的折射率等。
大学物理实验丨利用单丝衍射测量细丝直径
大学物理实验报告利用单丝衍射测量细丝直径一、实验目的：1.观察单丝夫琅和费衍射现象。
2.利用简单工具，测量细丝直径。
二、实验原理：波在传输过程中其波振面受到阻碍时，会绕过障碍物进入几何阴影区，并在接收屏上出现强度分布不均匀的现象，这就是波的衍射。
机械波、电磁波等波动都会产生衍射，而光的衍射能更直观地观察到。
对光的衍射现象进行研究，有助于我们深入理解光的波动性与传播特征，还有助于我们进一步学习近代各种光学实验技术，如光谱分析、光信息处理、晶体结构分析等等。
1.夫朗和费衍射衍射通常分为两类：一类是菲涅耳衍射，其条件为光源与衍射屏、衍射屏与接收屏的距离为有限远；另一类是夫琅和费衍射，其条件为光源到衍射屏、衍射屏到接收屏的距离均为无限远，或者说入射光和衍射光都是平行光。
夫琅和费衍射计算结果的过程很简单，所以一般实验中多采用夫琅和费衍射。
如果使用激光器作为光源（如普通的激光笔），其发射的光可以近似认为是平行光；一般衍射物是0.1mm的数量级，如果衍射屏与接收屏的距离大于1m,则衍射光大致上是平行光，这样就基本上满足了夫琅和费衍射的条件。
2.单缝衍射如图1所示，根据惠更斯一菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方发出球面次波，这些次波在接收屏上叠加形成一组明暗相间的条纹，按惠更斯一菲涅尔口°m迎日产原理，可以导出屏上任一点P。
处的光强为（图2）：上，式中。
为狭缝宽度，入为入射光波长，e为衍射角，/。
称为主极强，它对应于P0处的光强。
从曲线上可以看出：（1）当e=0时，光强有最大值10,称为主极强，大部分能量落在主极强上。
（2）当sin e=k〃a（k=±1,±2,……）时，I e=0,出现暗条纹。
因9角很小，可以近似认为暗条纹在e=k刀a的位置上。
还可看到主极强两侧暗纹之间的角距离是A e=2〃a,而其他相邻暗纹之间的角距离均相等（均为A e=川a）。
（3）两相邻暗纹之间都有一个次极强。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种应用广泛的快速、精准的测量方法，它利用激光光源对待测物体进行照射，通过测量衍射光的形态和位置来推断待测物体的性质。
在纺织品工业中，细丝的直径是一个十分重要的参数，它直接影响织物的质量和性能。
利用激光衍射法测量纺织品细丝直径已成为一个热门的研究领域。
本文将介绍激光衍射法在测量纺织品细丝直径方面的应用，并探讨其优势和局限性。
激光衍射法利用激光光源对待测物体进行照射，使得物体表面产生衍射现象。
当激光光源照射到细丝表面时，会产生衍射光，衍射光的形态和位置与细丝直径密切相关。
通过测量衍射光的形态和位置，可以推断出细丝的直径大小。
激光衍射法测量细丝直径的原理比较简单，但需要精密的光学仪器和数据处理系统来实现精准的测量。
1. 非接触性测量：激光衍射法测量细丝直径是一种非接触性测量方法，不会对待测物体造成损伤，适用于对纺织品细丝进行精密测量。
2. 高精度：激光衍射法测量细丝直径具有高精度和高分辨率，可以实现对细丝直径的精确测量，适用于对纺织品细丝直径进行精密控制和质量检测。
3. 快速性：激光衍射法测量细丝直径的测量速度快，可以实现对大量细丝的快速测量和数据处理。
5. 适用性广泛：激光衍射法测量细丝直径适用于不同材质和直径范围的纺织品细丝，具有较强的通用性和适用性。
1. 环境要求高：激光衍射法测量细丝直径对测量环境要求较高，需要在相对稳定的环境条件下进行测量，避免外界光源和震动对测量结果的影响。
2. 光学系统复杂：激光衍射法测量细丝直径需要精密的光学系统和精密的数据处理系统，设备和技术要求较高。
激光衍射法是一种快速、精准、非接触性的测量方法，适用于纺织品细丝直径的测量。
它具有高精度、快速性、自动化和适用性广泛的优势，但对测量环境和设备要求较高，测量精度要求高。
在今后的纺织品工业中，激光衍射法将会得到更广泛的应用，为纺织品细丝直径的精密测量提供更多选择和可能。
衍射法测量细丝直径实验报告
衍射法测量细丝直径实验报告
实验目的：学习使用衍射法测量细丝直径。
实验器材：激光、透镜、细丝、刻度尺、旋转台、屏幕，直尺。
实验过程：
1.将激光束垂直入射到透镜上，利用透镜成像原理，可以在屏幕上得到明亮而清晰的光斑。
2.将细丝放置于激光束与透镜之间，并将细丝与激光束垂直，调整细丝的位置，使其在光斑中心。
3.旋转台旋转细丝，使光斑在屏幕上呈现出一系列明暗环形，称为菲涅尔衍射图案。
4.用直尺测量屏幕上菲涅尔衍射图案中一组明暗环的直径d。
5.根据直径d和激光波长λ之间的关系，求得细丝直径。
实验结果：利用衍射法测量，可得细丝直径d=0.05mm。
实验结论：衍射法能够较为准确地测量细丝的直径，并且该方法便于使用，实验过程简单。
3.6光学衍射法测定细丝直径
些点,互补屏产生完全相同的光强分布. 2 单缝夫琅和费衍射光强分布规律 在讨论单丝衍射之前先来讨论夫琅和费单缝衍射
夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏离缝都是无限远，如图 1 装置能实现这一要求。
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图中将单色光源置于透镜 L1 的前焦平面上，光束经 L1 后变成平行光，垂直照射于宽度为 a 的狭缝 AB 上，根据惠更斯-菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方 向发出球面次波，这些次波经透镜 L2 后，在其后焦平面的观察屏上，可看到一组明暗相间，
3.6 光学衍射法测定细丝直径
测量诸如金属细丝直径这样的细度，可以使用游标卡尺、螺旋测微计等较精密的机械工 具，也可以使用读数显微镜、工具显微镜、阿贝比长仪等精密光学仪器，还可以利用光的干 涉或衍射原理，借助光学仪器，对微小细度进行测量。利用光的干涉与衍射原理对微小细度 进行测量，其方法简单，直观性强，测量结果精度高，在高精度测量中更显示出其独特的作 用。 一、实验目的 1. 学会用衍射法测量微小尺寸. 2. 加深对光的衍射理论的理解. 二、实验仪器 He-Ne 激光器、读数显微镜、可调狭缝、待测金属细丝、光屏、透镜、卷尺、探头、光电流 放大器。 三、实验原理 1 根据巴比涅原理:两个互补屏在衍射场中某点单独产生的复振幅之和等于光波自由传播时 该点的复振幅.（本实验中即细丝直径与单缝宽度一样时，成为一对互补屏，产生相同的光 强分布） 即
衍射法测量细丝直径
实验二衍射法测量细丝直径
一、实验目的
1.了解衍射效应在计量技术中的应用。
2.掌握激光衍射法测量细丝直径的基本原理和测量方法。
二、实验原理
激光衍射法测量细丝直径是基于巴定理:两个互补的障碍物,其夫朗和费衍射图形、光强分布相同，位相相差π/2，因此，当细丝直径与狭缝宽度相等时，他们是两互补障该物，可以用测量狭缝的方法测量细丝直径。
测量原理如图12—1所示
图12—1
当一束激光照射到被测细丝上，发生衍射效应，在距光纤L距离处接收其衍射光强分布图，由衍射光强分布图测出第n级暗纹中心到中央零级条纹中心的距离X, 即可计算出细丝直径。
值得注意的是：此法虽然测量精度较高，但一般只适用于测量0.5mm以下的细丝直径，同时要求L ››d。
三、实验仪器与设备
激光参数测量系统（接收器移动距离为400mm）一套
四、实验内容与要求
实验内容
测量细铜丝直径
实验要求
1.根据远场夫朗和费衍射公式，导出d的计算式。
2.设计实验光路。
注意事项
1. 调整光路时不能用眼睛正对激光束，以免伤害眼睛。
要用白纸接收光。
2. 激光束与平台平行、且与接收器中心等高，保持与接收器移动方向垂直，光能量应全部进入接收器内。
3.接收器前狭缝开启的不要太大（0.2 —0.3mm），要与扫描间隔相匹配。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种广泛应用于纺织品细丝直径测量的非接触式测量方法。
这种方法通
过激光光束的衍射现象来测量纺织品细丝的直径，具有测量范围广、测量速度快、精度高
等优点，因此在纺织品行业得到了广泛应用。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的原理是利用激光束照射到细丝上时，会产生光的衍
射现象，根据衍射光斑的形状和尺寸可以推算出细丝的直径。
具体的测量步骤如下：
第一步，将纺织品细丝样品固定在测量台上，使其与激光束垂直。
第二步，打开激光器，将激光束照射到细丝上。
第三步，观察并记录衍射光斑的形状和尺寸。
由于衍射光斑的形状与细丝的直径有关，因此可以通过测量光斑的形状和尺寸来推算细丝的直径。
第四步，根据光斑的形状和尺寸数据，计算出细丝的直径。
通常使用光学公式和相关
的数学算法来进行计算。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的优点是测量范围广，可以测量直径在微米到毫米级
别的细丝；测量速度快，只需几秒钟到几分钟即可完成一次测量；测量精度高，可以达到
亚微米级别的精度。
激光衍射法测量纺织品细丝直径也存在一些限制。
测量结果可能会受到环境因素的干扰，如灰尘、气流等，需要在干净的环境下进行测量。
样品的表面质量会对测量结果产生
影响，需要保证细丝表面的光洁度和均匀性。
测细铜丝的直径的方法
测细铜丝的直径的方法
测量细铜丝直径的方法有多种，可以根据具体情况选择合适的方法。
以下是一些常见的测量方法：
1. 用千分尺或游标卡尺，这是最常见的测量细铜丝直径的方法之一。
使用千分尺或游标卡尺可以直接测量细铜丝的直径，确保测量仪器的精确度和准确性。
2. 光学显微镜测量，通过放大光学显微镜的镜头，可以清晰地观察细铜丝的直径，然后使用目镜上的刻度尺或者连接到显微镜的测量仪器来测量其直径。
3. 激光测量，利用激光测量仪器可以非常精确地测量细铜丝的直径，这种方法通常用于对直径要求非常严格的情况。
4. X射线衍射，对于特别细小的铜丝，可以使用X射线衍射技术来测量其直径，这种方法通常在科研实验室或者专业实验室中使用。
5. 电子显微镜测量，使用电子显微镜可以对细铜丝进行高分辨
率的测量，可以得到非常精确的直径数据。
在选择测量方法时，需要考虑到细铜丝的直径范围、精确度要求、实验条件等因素，以便选择最适合的测量方法。
另外，在进行测量时，需要注意操作规范，确保测量结果的准确性和可靠性。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种常用的测量纺织品细丝直径的方法。
该方法通过将激光打在细丝上，利用激光光源在细丝表面的衍射效应，结合适当的测量仪器，可以准确地测量出纺织品细丝的直径。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的原理是，当激光照射到细丝上时，激光光源产生的光束会经过细丝表面的散射、折射等效应，形成衍射光斑。
根据衍射光斑的形状和大小，可以间接得到细丝的直径。
具体操作步骤如下：1. 准备工作：准备一台激光器和一个细丝样本。
激光器产生的激光光束应具有狭窄且稳定的光束。
细丝样本应有一定的长度，并且表面要光滑干净，尽量减少杂质的干扰。
2. 设置实验装置：将激光器固定在一定的位置上，并调整光线的照射角度，使激光光束能够均匀地照射到细丝上。
将一个光敏感器放置在细丝的另一侧，用于接收经过细丝散射的光线。
3. 进行测量：打开激光器，使其发射激光光束。
当光束照射到细丝上时，会形成一个衍射光斑。
通过光敏感器接收到的光信号，可以获取到衍射光斑的亮度分布情况。
4. 数据处理：使用计算机或其他相应的软件，对接收到的光信号进行处理和分析。
通过分析衍射光斑的亮度分布特点，可以间接计算出细丝的直径。
具体的计算公式和方法根据实际情况而有所差异。
激光衍射法测量纺织品细丝直径具有准确性高、非接触性、快速性等优点。
该方法也存在一定的限制和不足。
仪器设备的高昂价格、光线干扰、细丝样本的形态变化等因素都会对测量结果产生一定的影响。
激光衍射法是一种有效的测量纺织品细丝直径的方法。
在实际应用中，可以根据具体的需求选择适当的设备和方法，以提高测量的准确性和稳定性。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种常用的测量纺织品细丝直径的方法。
它通过测量激光经过纺织品细丝时的衍射效应，来推断出纺织品细丝的直径。
激光衍射法的原理是利用激光光束通过纺织品细丝时，会产生衍射现象。
激光光束经过纺织品细丝后，会呈现出明暗交替的衍射条纹。
这些衍射条纹的形状和间距与纺织品细丝的直径密切相关。
通过观察和测量衍射条纹的形状和间距，可以推断出纺织品细丝的直径。
具体的测量步骤如下：
1. 准备测量仪器和样品。
需要准备一台激光衍射仪和待测纺织品细丝样品。
激光衍射仪由激光器、准直系统、衍射系统和检测系统等组成。
2. 调整激光衍射仪。
将激光衍射仪固定在水平台上，并调整激光器和准直系统，使激光光束垂直射向样品。
3. 放置样品。
将待测纺织品细丝样品放置在激光光束的路径上，使其与光束垂直相交。
4. 观察衍射条纹。
打开激光衍射仪的衍射系统和检测系统，使衍射条纹在检测系统的显示屏上呈现出来。
观察并记录衍射条纹的形状和间距。
5. 计算细丝直径。
根据衍射条纹的形状和间距，使用相应的数学公式或计算方法，计算出纺织品细丝的直径。
激光衍射法具有测量快速、准确度高、非接触等优点，因此广泛应用于纺织品细丝直径的测量领域。
激光衍射法还可以用于其他材料的直径测量，具有较大的应用潜力。
随着科技的发展和对纺织品细丝直径要求的不断提高，激光衍射法的应用将会更加广泛。
大学物理实验丨利用单丝衍射测量细丝直径
大学物理实验报告利用单丝衍射测量细丝直径一、实验目的：1. 观察单丝夫琅和费衍射现象。
2. 利用简单工具，测量细丝直径。
二、实验原理：波在传输过程中其波振面受到阻碍时，会绕过障碍物进入几何阴影区，并在接收屏上出现强度分布不均匀的现象，这就是波的衍射。
机械波、电磁波等波动都会产生衍射，而光的衍射能更直观地观察到。
对光的衍射现象进行研究，有助于我们深入理解光的波动性与传播特征，还有助于我们进一步学习近代各种光学实验技术，如光谱分析、光信息处理、晶体结构分析等等。
1. 夫朗和费衍射衍射通常分为两类：一类是菲涅耳衍射，其条件为光源与衍射屏、衍射屏与接收屏的距离为有限远；另一类是夫琅和费衍射，其条件为光源到衍射屏、衍射屏到接收屏的距离均为无限远，或者说入射光和衍射光都是平行光。
夫琅和费衍射计算结果的过程很简单，所以一般实验中多采用夫琅和费衍射。
如果使用激光器作为光源（如普通的激光笔），其发射的光可以近似认为是平行光；一般衍射物是 0.1mm 的数量级，如果衍射屏与接收屏的距离大于1m，则衍射光大致上是平行光，这样就基本上满足了夫琅和费衍射的条件。
2. 单缝衍射如图1 所示，根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方发出球面次波，这些次波在接收屏上叠加形成一组明暗相间的条纹，按惠更斯－菲涅尔原理，可以导出屏上任一点Pθ处的光强为（图2）：，式中a 为狭缝宽度，λ 为入射光波长，θ 为衍射角，I0 称为主极强，它对应于P0 处的光强。
从曲线上可以看出：（1）当θ = 0 时，光强有最大值I0，称为主极强，大部分能量落在主极强上。
（2）当sinθ = kλ/a (k =±1, ±2,……)时，Iθ = 0，出现暗条纹。
因θ 角很小，可以近似认为暗条纹在θ = kλ/a 的位置上。
还可看到主极强两侧暗纹之间的角距离是Δθ = 2λ/a，而其他相邻暗纹之间的角距离均相等（均为Δθ = λ/a）。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
激光衍射法是一种广泛应用于纺织品领域的非接触式测量方法。
该方法可以快速、准
确地测量纺织品细丝的直径，而且不会对样品造成任何损伤。
该方法的基本原理是，利用激光光束对样品进行照射，然后通过衍射的光线进行测量。
当激光光束照射到样品表面时，光线会发生散射和衍射。
这些衍射光线被收集并传送到检
测仪器中进行分析。
通过分析衍射光线的模式和相位，可以确定样品的直径。
激光衍射法具有许多优点。
其中最重要的是测量精度高、可靠性强和速度快。
此外，
该方法还可用于对大量样品进行自动化测量。
然而，激光衍射法的测量结果可能会受到许多因素的影响，如激光光束的直径、样品
表面的反射性和衍射角度等。
因此，在进行测量前必须进行仔细的准备工作，以确保获得
准确和一致的结果。
在使用激光衍射法测量纺织品细丝直径时，首先必须准备好样品。
样品应该被修剪成
长度适当的段，确保在测量过程中不会发生不必要的扭曲和形变。
随后，样品应该被放置在一个合适的位置，以确保激光光束可以照射到样品的准确位置。
为了避免反射造成的错误测量结果，通常采用黑色或无反射涂层处理样品表面。
然后，使用激光衍射仪器进行测量。
该仪器通常由激光光源、检测仪器和计算机组成。
操作人员向仪器输入各种参数，如激光光束的波长、衍射角度和检测器的位置等，在测量后，计算机将自动计算出样品直径。
最后，在测量完成后，操作人员应该对结果进行分析和理解。
测量结果应该与实际样
品直径进行比较，以确保结果的准确性和一致性。
实验四十二衍射法测量微小长度
（5）按公式（42-5）计算狭缝宽度 a。 （6）计算狭缝宽度 a的标准偏差。
编辑课件
表42-1 数据记录表 单位：mm
x 狭缝 平 左侧 右侧 平均 宽 均 （ ）值
a
x1
x2
x3
x4
x5
编辑课件
4.观察细丝、圆孔、矩形孔的衍射现象（自 选）。
【思考题】 1.在单缝衍射实验中，如果用低压汞灯代替钠
x
编辑课件
3.用单缝衍射仪测量单狭缝的宽度 （1）调节好光路，从测微目镜（或读数显微镜）
中观察到最佳衍射图像。在中央明条纹两侧各 有5条以上的次明纹。 （2）测出 5级至 1级各暗条纹位置，并将所 记录的数值填入表42-1中。 （3）计算：平均间距= (x左x右)/2。
编辑课件
（4）测出单狭缝到测微目镜之间的距离S ，S=
a
，···
它们相对应的相对光强为： I /I0 0.047， 0.017，0.008，0.005，…。图42-2为单
狭缝的夫琅和费衍射相对光强分布图。
编辑课件
编辑课件
【实验内容】 1.观察单缝衍射现象 （1）调节激光器光束与光具座导轨平行。 （2）按夫琅和费衍射条件，布置单狭缝和光
屏，使它们与激光光束垂直。 （3）改变单狭缝的宽度，观察衍射的变化规
当 asin(n1), n1,2, ，则 为次级极大。2
u (n 1)
2
，
当 asinn, n1,2, ，则 un，此
时 I 0 ，即出现暗条纹。由于 角很小，故
可近似地写成：
n
a
编辑课件
（42-2）
当透镜 L 2 与观察屏间距为 S，对应的衍射角
微小线径的测定实验提要
实验17 《微小线径的测定》实验提要课题的提出和依据微小线径的测量在现代科学中有很多的测量方法，但都可以归结为，有直接测量和间接测量两类。
在普通物理中，直接测量常用的仪器如：千分尺、读数显微镜等，间接测量常采用的方法如：干涉法、衍射法等。
对于0.01mm以下的线径用千分尺和常用的读数显微镜来测量就显得无能为力了，通常采用间接测量的方法。
头发对每一个人来说都不陌生，但有谁能说出自己的头发的直径是多少？本课题要求设计一种测量自己头发直径的方法，通过实验加以验证。
实验课题及任务《微小线径的测定》实验课题的任务是，利用光的的干涉、衍射(波动性)现象及其理论，设计出一种实验方法，根据干涉、衍射的花样测量出自己头发的直径。
学生根据自己所学知识，设计出《微小线径的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。
)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
本实验题目要求开光学课程的各专业必选，可以有三至四组选，但是每组的方法或采取的手段应不同。
建议电子专业的有四组选择该实验，给专业光学实验打基础。
实验原理提示⑴衍射法实验原理激光衍射互补测定法的原理是基于巴俾特原理，图示如下。
设一个任意形状的开孔，在平面波照射下，在接收屏上的复振幅用U1表示；用同一平面波照射其互补屏时，在接收屏上其复振幅用U2表示。
当互补屏叠加时，开孔消失，在接收屏上的光强分布也应消失，合成复振幅应为零，即即上式说明，两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相相差。
这就是巴俾特原理。
对激光衍射条纹来说，原来是亮条纹的位置上互补时将出现暗条纹。
利用这个互补原理，就可以测定各种细丝和薄带的尺寸。
根据巴俾涅(Babinet)原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相差为2π”。
微细线径的测量
实验二 微细线径的测量细微线径的测量在现实生活和生产实践中经常出现，它的测量可能涉及长度、质量等力学量的测量及方法，也可能涉及光学量或电学量的测量，测量方法多种多样。
如何选择更好的方案，需要根据实际情况和测量精度要求进行适当的选择或设计。
通过本实验的训练，学生可对各种测量方法进行比较分析、方案设计、测量和分析，提高对细微线径的测量思想和方法的认识，培养实验设计能力。
【实验目的】1．研究细微线径测量的各种可能方法并进行测量方案设计；2．进一步熟悉各种仪器的使用，提高学生综合运用仪器设备的能力；3．进一步培养学生的实验设计能力。
【设计要求】1．设计两种测量微细线经的方法。
其中，一种方法为直接测量方法，要求仪器相对误差小于%5；另一种为间接测量方法，要求相对误差小于3%或者相对误差在%5与%10之间（二选一，设计时请说明选择的误差范围）。
并通过方法的设计，了解实验仪器的选择和误差均分原理。
2．自行设计方案，选择实验室提供的下列仪器，完成实验要求。
【可供选择的器材】卷尺（最小分度为1mm ）、米尺（最小分度为1mm ）、游标卡尺（最小分度为0.02mm ）、螺旋测微器（最小分度为0.01mm ）、电子天平（最小分度有0.1g 和0.001g ）、烧杯、金属细丝（mm mm 5.0~2.0），CCD 测径仪（相关参数可查阅说明书）。
（【实验方法参考】1．光杠杆法一般教材中都有介绍。
在被测物体上安装一小反射镜，标尺经反射镜反射被望远镜接收，则被测物体上的微小位移，都会通过反射光所形成运动而得到很大的放大。
这微小长度的改变量为：n Db l ∆=∆2 (6.2.1) 式中D 为镜子与标尺间距离。
n ∆为标尺读数的差值，b 为镜子前脚与后脚的距离，光杠杆装置的放大倍数为bD 2，在实验中，通常b 为4~8厘米，D 为2~1米，放大倍数可达到100~25倍。
找出微细线经与之的关系。
2．干涉法 将两块光学玻璃板迭在一起，在一端插入一薄片（或细丝）则在两玻璃板间形成一空气劈尖。
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径
应用激光衍射法测量纺织品细丝直径激光衍射法是一种目前广泛应用于纺织品细丝直径测量的非接触式测量方法。
通过利用激光光源照射到纺织品细丝上产生的散射光，并通过其衍射图样来获得细丝的直径信息。
该方法具有精度高、测量快速、非接触等优点，在纺织工业中得到了广泛应用。
激光衍射法测量纺织品细丝直径的基本原理是利用激光照射到纺织品细丝上时，光线经过细丝散射形成光晕区域。
根据光晕图样的衍射规律，可以推导出细丝直径和光晕图样之间的关系。
通过测量光晕图样的直径，就可以得到细丝的直径信息。
1. 准备工作需要准备一台搭载有激光光源的衍射仪器。
衍射仪器主要包括光源、激光发射系统、衍射系统和光电检测系统等部分。
确保各个部分的工作正常，保证精确的测量结果。
2. 校准在进行测量之前，需要对衍射仪进行校准。
校准的目的是确定光源和检测系统之间的距离，以及光源到细丝之间的距离，以确保测量的准确性和精度。
3. 测量将待测纺织品细丝放置在测量平台上，并将激光光源打开。
通过调节光源和细丝之间的距离，使激光光线正好照射到细丝上。
当激光照射到细丝上时，会产生一片光晕区域。
4. 图像获取利用光电检测系统，即相机或光电转换器等设备，捕捉光晕图样的影像。
将光晕图样的影像传输到计算机中进行图像处理。
5. 图像处理通过图像处理软件对光晕图样进行处理。
将图像转化为灰度图像，简化后续的图像处理。
然后，进行二值化处理，将光晕图样中的背景和细丝区域进行分离。
接着，可对图像进行去噪、边缘检测等处理，以便更准确地获取细丝的直径。
6. 数据分析对经过图像处理的光晕图样进行数据分析。
使用合适的算法和公式，将光晕图样的直径转化为细丝的直径。
根据需要，还可以对多个位置的图样进行分析和统计，以得到更为全面的测量结果。
激光衍射法测量纺织品细丝直径具有许多优点。
由于是非接触式测量，不会对纺织品细丝造成损伤。
测量速度快，可以快速获取大量数据。
激光衍射法精度高，对于细丝直径的测量要求较高的应用场合非常适用。
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大学物理实验设计方案
及实验报告
实验题目：微小线径的测定
专业班级：
姓名：
指导教师：
2005年11月6日
实验七 微小线径的测定
本实验是采用光的衍射方法，根据巴俾涅（Babinet ）原理来间接测量头发丝的直径。
实验目的
1．观察细线衍射现象 。
2．验证光的衍射理论。
3．学会用衍射法测量细丝的直径。
实验原理
根据巴俾涅（Babinet ）原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅相位差为π/2。
”可知细丝衍射图形和狭缝衍射图形是相同，细丝衍射计算和狭缝衍射计算相同。
当光在传播过程中经过障碍物时，例如不透明物体的边缘、不透明物体中的小孔、细线、狭缝等，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。
如果障碍物的尺度与波长相近，那么这样的衍射现象就比较容易观察到。
单缝衍射可分二种：1）菲涅耳衍射，单缝距光源和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都是球面波；2）夫琅和费衍射，单缝距光源和接收屏均为无限远或者相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
图 1
在本实验中，散射角极小的激光器产生的激光束通过一条很细的细丝，在细丝后较远的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，如图1所示。
当激光照射在细丝上时，根据惠更斯-菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。
由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于细丝的
明暗相间的条纹。
由理论计算可得垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强
202
sin I I θθ= Bx =θ
D d
B λπ= d 是细丝的直径，λ是波长，D 是细丝位置到接收屏位置的距离，x 是从衍射条纹的
中心位置到测量点之间的距离。
当θ相同，即x 相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强相同的图样是平行于细丝的条纹。
当θ=0时，x=0，I=I0，在整个衍射图样中，此
处光强最强，称为中央主极大。
当θ=Kπ（K=±1，±2，…），即x=KλD/d时，I=0，在这些地方为暗条纹。
暗条纹是以光轴为对称轴，等间隔地、左右对称地分布的。
中央亮条纹的宽度Δx可用K=±1的两条暗条纹间的间距确定，Δx=2λD/d；某一级暗条纹的位置与直径d成反比，d大，x小,各级衍射条纹向中央收缩，当d宽到一定程度，衍射现象便不明显了，只能看到中央位置有一条亮线，这时可认为光线是沿直线传播的。
如果测得了第K级暗条纹的位置x，就可求得细丝的直径为：
d=KλD/x （1）
因此，利用光的衍射可以测量细丝的直径
实验仪器
He-Ne激光器、自制衍射物（头发丝固定在支架上）、卷尺（3米以上）、白纸、直尺实验步骤
1.开He-Ne激光电源，调节其水平度。
2．把已制作好的细丝靠近激光管管口，使激光照到细丝上。
调节细丝水平位置，激光器要与接收屏垂直，衍射条纹上下对称，并且能清晰的看到衍射条纹。
3．用细长的白纸条覆盖在衍射条纹上并在中间明条纹和相应的暗条纹上做出标记。
4．用直尺测出第±1，±2，±3，±4，±5级暗条纹的位置x。
5. 用米尺测量细丝到接收屏之间的距离D。
6.由（1）式分别计算出细丝直径d，求出细丝直径d的平均值。
数据记录
1.以中央最大光强处为x轴坐标原点，分别测出第k级暗条纹的位置。
2．根据暗条纹的位置，用式(1)分别计算出细丝直径，然后求其平均值。
数据记录表λ=6.328×10-7m D=
实验报告
实验仪器
He-Ne 激光器、自制衍射物（头发丝固定在支架上）、卷尺（3米以上）、白纸、直尺
数据记录表及数据处理
λ=6.328×10-7m D= 7.628 m
d 1=1
1X D K λ =52
71004.81000.6628
.710328.61---⨯=⨯⨯⨯⨯m 同理可得:
d 2=7.48×105-m d 3=7．94×105-m d 4=7．69×105-m d 5=7．86×105-m d 6=7．70×105-m d 7=7．82×105-m d 8=7．77×105-m d 9=7．82×105-m d 10=7．66×105-m
S d =∑=--n
i i
d d n 1
2)(11
=
10222222222210])12.0(04.0)01.0(04.0)08.0(08.0)09.0(16.0)30.0(26.0[1
101
-⨯-++-++-++-++-+-
=0.25
10-
⨯m
U
d = S
d
=0.25
10-
⨯m
%
2
10
8.7
10
2.0
5
5
=
⨯
⨯
=
=
-
-
d
U
U d
rd
结果表达
d=(7.8±0.2)5
10-
⨯m%2±=
rd
U
心得体会：
长期做物理实验，我们都是草草就完工，用最短的时间完成步骤繁复，理论性强的实验。
无论用什么方法，完成便完事大吉。
如今，做完物理设计性实验后，我们才明了走马观花似的做实验是绝对得益不多的。
以前做预习报告，我们都是照本宣科，书上有什么便抄什么，看懂万岁。
设计性实验顾名思义就是设计，预习报告当然也要设计。
我们根据老师给出的大概原理，大家分工合作，从网上、图书馆、课本等找到了相关的资料，然后经过商讨，文字处理，画图等步骤，才完成了初步成果。
由于过去的实验大都是老师演示一遍，我们就照着做。
现在真正要自己动手，我们却遇到了很多困难。
很多细节我们都没考虑到，如发丝的选择，衍射屏的制作，白纸的定位，He-Ne激光器跟衍射屏的相对位置等。
找到一根优质的发丝便会事半功倍了。
由于刚开始选择的发丝的质量不好，造成墙上衍射成的亮条纹间的两端全部错位了，给实验数据的测量造成极大的影响。
如衍射屏的制作：由于我们还没作好充分准备，在即将做实验时我们才找来了一个废磁盘，但磁盘的定位又成了另一问题。
经老师的提点，我们都恍然大悟，找来了一个报纸夹，最终完成了一个既灵活又实用的衍射屏。
白纸条的定位与暗条纹中点的划分也很讲究。
既要讲求细心也要讲求耐心。
可能一不小心，数据便会出现很大的误差，实验就要重做。
最后，经过一系列的测量操作与老师的大力帮助，我们终于完成了《微小线径的测定》实验。
设计性实验的最后一步就是写实验报告。
由于前面预习报告与实验测量的成功已给实验报告的完成打下坚实的基础，完成报告已经不是问题了。
有了以前的经验，我们一路过五关斩六将，完成了实验目的、实验原理、实验步骤到数据处理，最后到这一篇心得体会。
经过这次实验，我们才发现实践操作是如此的重要。
它既锻炼了我们的操作技能也发挥了我们的创造性思维。
总结：凡事都要细心、耐心、真心！。