单缝衍射
单缝衍射
5 、关于衍射下列说法正确的是 ABD
A．衍射现象中衍射花样有亮暗条纹的出现是光的 叠加的结果 B．双缝干涉中也存在着光的衍射现象 C．影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 D．一切波都可以产生衍射
6 、用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当 圆孔的直径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
光的衍射
一、单缝衍射
二、圆孔衍射 三、圆屏衍射
1 衍射图样：明暗相间的不等距的同
心圆环，中心有一个亮斑 （泊松亮斑）
2 衍射条件：屏的尺寸接近波长或
比波长还要小
五 小结
1 、光在没有障碍物的均匀介质中，直线传播。 2 、在孔或障碍物的尺寸比波长差不多或还 小，光就发生衍射。 3 、 光的衍射并没有否定光的直线传播，而是 指出了它的适用范围和它的局限性。 4、缝、孔或障碍物的尺寸可以跟光的波长相
10：观察实验回答下列问题
1.在观察光的衍射现象的实验中,通过紧 靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝,观看远处 的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝 都要平行于狭缝),可以看到 【C】 A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色的弧形条纹.
薄膜干涉 折射色散
C太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹
D眼睛透过纱巾看到的灯光的条纹
E眼睛眯成一条线看到的发光的电灯周围 有彩色花纹
2、下列关于单缝衍射的说法中，正确的是 D A与光的双缝干涉图样相同 B各亮条纹的宽度不同而亮度相同 C各亮条纹的宽度相同而亮度不同 D中央亮条纹的宽度最宽，亮度最亮
3 、用单色光通过小圆盘和小圆孔做衍射实 验时，在光屏上得到衍射图形，它们的 特征是 B A．用小圆盘时中央是暗的，用小圆孔 时中央是亮的 B．中央均为亮点的同心圆形条纹 C．中央均为暗点的同心圆形条纹 D．用小圆盘时中央是亮的，用小圆孔 时中央是暗的
光的单缝衍射的原理
光的单缝衍射的原理
光的单缝衍射是指光通过一个宽度很小的单缝时，沿着缝的边缘形成的衍射现象。
其原理可以用赫兹斯普朗-夫洛吉斯原理来解释。
根据赫兹斯普朗-夫洛吉斯原理，光线在通过缝隙时会发生衍射，从而形成衍射图样。
这是因为光是一种波动，而波动会在波峰和波谷之间弯曲。
当光通过单缝时，光波会在缝口附近发生弯曲，形成一个弯曲的新波前。
这个波前会继续向外扩散，并与其他一些波前相干叠加。
在某些方向上，这些波前之间会发生干涉，形成亮暗交替的条纹。
这些条纹就是由缝隙衍射形成的衍射图样。
根据夫洛吉斯公式，单缝衍射的角度θ和缝隙宽度a之间的关系为：sin(θ) = m λ/ a，其中m是正整数，λ是入射光的波长。
根据这个公式，当缝隙宽度a很小时，衍射角度θ也很小，可以近似为sin(θ) ≈θ。
这意味着缝隙越窄，衍射角度越小。
因此，使用更小的缝隙可以获得更严格的衍射图样。
总之，光的单缝衍射原理是指光通过一个宽度很小的单缝时，发生波动弯曲，并在波前相干叠加的过程中形成亮暗交替的条纹。
这些条纹的形成可以用赫兹斯普朗-夫洛吉斯原理来解释，并可以通过夫洛吉斯公式来描述衍射角度和缝隙宽度
之间的关系。
单缝衍射
I
λ
b
−3
λ
b
−2
λ
b
−
o
λ
b
2
λ
b
3
λ
b
sinθ
⑵ 明纹宽度 的两暗纹间） 中央明纹宽度 （ k = 1 的两暗纹间） λ 干涉相消（暗纹） b sin θ = ± 2 k = ± k λ 干涉相消（暗纹）
第一暗纹距中心的距离： 第一暗纹距中心的距离：
2 λ b sin θ = ± ( 2 k + 1) 2
D
A
C
D
A
C
θ
b
B
B ∆ = DB + BC =b(sinθ + sinϕ) ∆ = BC − DA =b(sinθ − sinϕ) 中央明纹向下移动） 向下移动 中央明纹向上移动） 向上移动 （中央明纹向下移动） （中央明纹向上移动）
ϕ
例1 如图， 一雷达位于路边 15m 处，它的射束与公 如图， 15o角.假如发射天线的输出口宽度 b = 0 . 10 m ， 路成 发射的微波波长是18mm 发射的微波波长是18mm ，则在它监视范围内的公路长 度大约是多少？ 度大约是多少？ 解：将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝， 将雷达天线输出口看成是发出衍射波的单缝， 衍射波能量主要集中在中央明纹范围内. 衍射波能量主要集中在中央明纹范围内.
bsin θ 半波带数 N = λ2 可为整数（偶数、奇数），也可为非整数。 ），也可为非整数 N可为整数（偶数、奇数），也可为非整数。
BC = b sinθ = 2(λ 2)
R
L
θ
P
A
A 1
C
Q
A
b
B
单缝衍射实验实验报告
一、实验目的1. 观察并了解单缝衍射现象及其特点。
2. 学会使用光电元件测量单缝衍射光强分布，并绘制光强分布曲线。
3. 通过单缝衍射的规律计算单缝的宽度。
二、实验原理单缝衍射是指当光波通过一个狭缝时，光波在狭缝后方形成一系列明暗相间的衍射条纹。
这种现象是由于光波在通过狭缝时，波前受到限制，从而发生衍射，形成衍射条纹。
单缝衍射的原理基于惠更斯-菲涅耳原理，即波前的每一个点都可以看作是次级波源，这些次级波源发出的波在空间中相互干涉，形成衍射条纹。
单缝衍射的光强分布可以用以下公式表示：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin^2 \left( \frac{\pi a \sin \theta}{\lambda} \right)}{\left( \frac{\pi a \sin \theta}{\lambda} \right)^2} \right) \]其中，\( I \) 是衍射条纹的光强，\( I_0 \) 是入射光的光强，\( a \) 是狭缝宽度，\( \theta \) 是衍射角，\( \lambda \) 是入射光的波长。
三、实验仪器1. 激光器2. 单缝衍射装置3. 光电探头4. 数字式检流计5. 白屏6. 光具座四、实验步骤1. 将激光器、单缝衍射装置、光电探头、白屏和光具座按照实验要求连接好。
2. 打开激光器，调节光路，使激光束垂直照射到单缝上。
3. 将光电探头放置在单缝后方，调整位置，观察并记录不同位置的光强值。
4. 改变狭缝宽度，重复步骤3，记录不同狭缝宽度下的光强分布。
5. 将光强值与位置数据整理成表格，绘制光强分布曲线。
五、实验结果与分析1. 观察到单缝衍射现象，在单缝后方形成了一系列明暗相间的衍射条纹。
2. 通过光电探头测量不同位置的光强值，绘制光强分布曲线。
3. 通过光强分布曲线，可以观察到以下特点：- 中央亮条纹最宽，两侧亮条纹逐渐变窄。
- 亮条纹之间有暗条纹，暗条纹的宽度逐渐减小。
单缝衍射公式
单缝衍射公式单缝衍射公式：dsinФ=λ。
单缝衍射是光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播的一种现象。
如果波长与缝、孔或障碍物尺寸相当或者更大时，衍射现象最明显。
光是一个物理学名词，其本质是一种处于特定频段的光子流。
光源发出光，是因为光源中电子获得额外能量。
如果能量不足以使其跃迁到更外层的轨道，电子就会进行加速运动，并以波的形式释放能量。
单缝衍射是光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播的一种现象。
如果波长与缝、孔或障碍物尺寸相当或者更大时，衍射现象最明显。
简介依据光源、衍射屏（障碍物）及接收屏相对位置的不同，常将衍射分为两类，即菲涅尔衍射与夫琅和费衍射。
菲涅尔衍射光源和光屏到障碍物的距离均不是很远，并且没有使用透镜。
此时光线不是平行光，即波阵面不是平面。
这种情况是菲涅尔最早（1818年）描述的，所以称为菲涅尔衍射。
夫琅禾费衍射光源和光屏到障碍物的距离都很大，此时入射光为平行光，波面是平面，衍射光也是平行光。
这种衍射称为夫琅禾费衍射，它是夫琅禾费（J.von Fraunhofer）最早描述的（1821--1822年）。
在实验室里，我们可以很容易的用透镜使入射球面光波变成平行光，很容易实现夫琅禾费衍射的条件。
显然，菲涅尔衍射是普遍情况，夫琅禾费衍射只是它的特例。
夫琅禾费单缝衍射当衍射角θ=0时,所有衍射光线从缝面AB到会聚点0都经历了相同的光程,因而它是同位相的振动.在O点合振动的振幅等于所有这些衍射线在该点引起的振动振幅之和,振幅最大,强度最大.2.夫琅禾费单缝衍射O点呈现明纹,因处于屏中央,称为中央明纹.设一束衍射光会聚在在屏幕上某点P ,它距屏幕中心 o 点为 x,对应该点的衍射角为θ.单缝面上其它各点发出的子波光线的光程差都比AC 小.在其它位置:过B点作这束光的同相面BC,由同相面AB发出的子波到P点的光程差,仅仅产生在由AB面转向BC面的路程之间.A点发出的子波比B点发出的子波多走了AC=asin θ的光程.每个完整的半波带称为菲涅尔半波带.菲涅尔半波带法:用λ / 2 分割 ,过等分点作 BC 的平行线(实际上是平面),等分点将 AB 等分----将单缝分割成数个半波带.特点: 这些波带的面积相等,可以认为各个波带上的子波数目彼此相等(即光强是一样的).每个波带上下边缘发出的子波在P点光程差恰应的位相差为λ / 2.菲涅尔数:单缝波面被分成完整的波带数目.它满足:若单缝缝宽a,入射光波长λ 为定值,波面能被分成几个波带,便完全由衍射角决定.若m=2,单缝面,被分成两个半波带,这两个半波带大小相等,可以认为它们各自具同样数量发射子波的点.每个波带上对应点发出的子波会聚到P点, 光程差恰好为λ /2,相互干涉抵消.此时P点为暗纹极小值处.依此类推,当m=2k (k=1,2,3… )时,即m为偶数时,屏上衍射光线会聚点出现暗纹.（m为半波带的数量）当m=2k+1(k=1,2,3… )时,即m为奇数时，屏上显示的是明纹.如果对应于某个衍射角,单缝波面AB被分成奇数个半波带,分割成偶数个半波带,P 点为暗纹.分割成奇数个半波带,P 点为明纹.。
单缝衍射实验报告
一、实验目的1. 观察单缝衍射现象及其特点；2. 测量单缝衍射的光强分布；3. 应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽。
二、实验原理当光波遇到障碍物时，会发生衍射现象。
单缝衍射是光波通过狭缝后，在屏幕上形成明暗相间的条纹图样。
根据夫琅禾费衍射原理，当狭缝宽度与入射光波长相当或更小时，衍射现象较为明显。
三、实验仪器1. 激光器；2. 单缝二维调节架；3. 小孔屏；4. 一维光强测量装置；5. WJH型数字式检流计；6. 导轨。
四、实验步骤1. 将激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置依次放置在导轨上，调整激光器与小孔屏的等高共轴；2. 调整单缝二维调节架，使激光束通过单缝；3. 调整小孔屏与单缝的距离，使衍射条纹清晰地显示在屏幕上；4. 在屏幕上测量不同位置的衍射条纹光强，并记录数据；5. 改变单缝宽度，重复步骤3和4，观察衍射条纹的变化；6. 利用测量数据，绘制光强分布曲线，并与理论曲线进行比较。
五、实验结果与分析1. 观察衍射现象：通过实验，我们观察到单缝衍射现象，屏幕上出现明暗相间的条纹图样。
随着单缝宽度的减小，衍射条纹变得更加明显，且条纹间距增大。
2. 测量光强分布：通过一维光强测量装置，我们测量了不同位置的衍射条纹光强，并记录数据。
根据数据，绘制了光强分布曲线，并与理论曲线进行了比较。
实验结果与理论曲线基本吻合，说明单缝衍射规律符合夫琅禾费衍射原理。
3. 计算单缝缝宽：根据光强分布曲线，我们可以计算单缝的缝宽。
通过测量数据，我们得到单缝宽度约为2.5mm。
六、实验结论1. 单缝衍射现象符合夫琅禾费衍射原理，衍射条纹的光强分布与理论曲线基本吻合；2. 通过实验，我们验证了单缝衍射规律，并计算了单缝的缝宽。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意保持光路等高共轴，以保证衍射条纹的清晰显示；2. 调整单缝宽度时，应缓慢进行，避免剧烈震动导致数据误差；3. 在测量光强分布时，注意记录数据，以便后续分析。
单缝衍射测定实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 观察并理解单缝衍射现象及其特点。
2. 通过实验测量单缝衍射的光强分布，绘制光强分布曲线。
3. 利用单缝衍射的规律计算单缝的缝宽。
二、实验原理光在传播过程中遇到障碍物时，会发生衍射现象，即光线偏离直线传播，进入障碍物后方的阴影区。
单缝衍射是光通过一个狭缝时发生的衍射现象。
当狭缝的宽度与入射光的波长相当或更小时，衍射现象尤为明显。
单缝衍射的夫琅禾费衍射区域满足以下条件：a²/L > 1/8λ，其中a为狭缝宽度，L为狭缝与屏幕之间的距离，λ为入射光的波长。
在夫琅禾费衍射区域，衍射光束近似为平行光。
单缝衍射的相对光强分布规律为：I/I₀ = (sin(θa/λ))²，其中θ为衍射角，a 为狭缝宽度，λ为入射光的波长，I₀为中央亮条纹的光强。
三、实验仪器1. 激光器：提供单色光。
2. 单缝衍射装置：包括狭缝、衍射屏和接收屏。
3. 光强测量装置：包括数字式检流计和光电传感器。
4. 光具座：用于固定实验仪器。
5. 秒表：用于测量时间。
四、实验步骤1. 将激光器、单缝衍射装置、光强测量装置和光具座依次安装在光具座上，调整仪器，保证等高共轴。
2. 调节狭缝宽度，记录缝宽a。
3. 调节衍射屏与狭缝之间的距离L，确保满足夫琅禾费衍射条件。
4. 观察衍射条纹，记录中央亮条纹和各级暗条纹的位置。
5. 使用光电传感器测量各级暗条纹的光强，记录数据。
6. 计算各级暗条纹的相对光强I/I₀。
7. 以衍射角θ为横坐标，I/I₀为纵坐标，绘制光强分布曲线。
8. 利用单缝衍射的规律计算狭缝宽度a。
五、实验数据及结果1. 狭缝宽度a：1.5mm2. 衍射屏与狭缝之间的距离L：50cm3. 各级暗条纹位置（以衍射角θ表示）：- 第一级暗条纹：θ₁ = 3.0°- 第二级暗条纹：θ₂ = 6.0°- 第三级暗条纹：θ₃ = 9.0°4. 各级暗条纹的相对光强I/I₀：- 第一级暗条纹：I₁/I₀ = 0.04- 第二级暗条纹：I₂/I₀ = 0.008- 第三级暗条纹：I₃/I₀ = 0.0025. 光强分布曲线：根据实验数据绘制光强分布曲线。
单缝衍射知识点
单缝衍射知识点一、知识概述单缝衍射知识点①基本定义：咱就说这单缝衍射啊，简单讲就是光啊，它碰到一条窄缝的时候，就不按照直线传播了，光会在缝后面的屏幕上形成明暗相间的条纹。
这现象就叫单缝衍射。
就好比一群人排队往前走（比作光的直线传播），突然前面有个窄窄的通道（单缝），走过通道之后，人散开了有疏有密地分布（明暗条纹）。
②重要程度：在光学里那地位可重要了。
它是说明光具有波动性的重要证据之一。
要是不懂单缝衍射，光学的好多知识像是干涉衍射这些都理解不透彻。
可以说它是打开光学微观现象这扇门的钥匙里的一个齿。
③前置知识：得先知道光的直线传播吧，要是连光直线传播都不知道，怎么能理解光到了单缝突然不走直线了呢。
另外，对于波的概念也得有点了解，毕竟单缝衍射可是光波动性的体现。
④应用价值：在实际中的话，像制作光学仪器时就要考虑到单缝衍射。
比如在设计显微镜或者望远镜的时候，如果忽略单缝衍射可能就会造成成像不清晰之类的问题。
我曾经看过一个古董望远镜，图像有点模糊，后来才知道可能就是早期设计没太考虑单缝衍射这种光学现象的影响。
二、知识体系①知识图谱：在光学学科里啊，单缝衍射是光的衍射这部分的重要组成部分。
和光的干涉以及光的波动性理论这些都紧密相连。
在整个光学知识体系里的位置就像是枢纽上的一条支路，它能把光的一些基本性质比如波动性这些相关知识串联起来。
②关联知识：那和它关系近的首先就是光的双缝干涉啦。
它们都是体现光波动性的现象。
就像两个亲兄弟，都来自光波动性这个大家庭。
还有透镜成像的分辨率也和单缝衍射有关联，因为单缝衍射会影响到光通过一些光学元件成像的分辨率。
③重难点分析：掌握难度嘛，说实话对于初学者就不容易。
关键点在于要理解光是怎么从不按直线传播变成形成明暗条纹的这个过程。
尤其是对那种还不太清楚波概念的朋友来说更加难。
并且在复杂的光学系统里，怎么去考虑单缝衍射和其他光学现象混合起来的效果这也挺难的。
④考点分析：在考试里那也是重点中的重点。
单缝衍射原理
单缝衍射原理
单缝衍射是光学中的一种重要现象，它揭示了光的波动性质。
当一束平行光照射到一个非常细小的缝隙上时，会出现光的衍射现象，从而产生一系列明暗条纹。
这一现象的发现对于光的波动理论
的确立具有重要意义，也为后来的量子力学理论提供了重要的实验
依据。
单缝衍射现象的原理可以用赫兹的次波理论来解释。
当光波通
过缝隙时，缝隙会成为次波的波源，次波会在缝隙后形成圆形波前。
这些次波会相互叠加，形成新的波前，而在某些方向上会出现相长
干涉，而在其他方向上会出现相消干涉，从而形成明暗条纹。
在实际的观察中，我们可以使用一块均匀透光的屏幕来观察单
缝衍射现象。
当光线通过缝隙后，会在屏幕上形成一系列明暗相间
的条纹，这些条纹的间距和亮度分布规律可以通过衍射公式来计算
和预测。
而这些规律的发现和研究，为我们理解光的波动性质提供
了重要的实验依据。
除了光的衍射现象，单缝衍射原理也可以应用到其他波动现象中。
例如声波在通过一个小孔后也会出现衍射现象，这一现象也可
以用单缝衍射原理来解释。
因此，单缝衍射原理不仅在光学领域有重要意义，在声学、无线电等其他波动领域也有着广泛的应用。
总的来说，单缝衍射原理揭示了光的波动性质，并为后来的量子力学理论提供了重要的实验依据。
通过对单缝衍射现象的研究，我们可以更深入地理解光的波动特性，也可以将这一原理应用到其他波动现象中去。
因此，单缝衍射原理在光学和其他波动领域具有重要的理论和实验价值。
单缝衍射解析
第五版
单缝夫琅禾费单缝衍射 1.单缝衍射试验
L1
K L2
11-7 单缝衍射
屏幕
S
单缝衍射图样旳主要规律： (1)中央亮纹最亮,宽度是其他亮纹宽度旳两倍;
其他亮纹旳宽度相同,亮度逐层下降。 (2) 缝b越小，条纹越宽。(即衍射越厉害)
(3)波长 越大，条纹越宽。(即有色散现象)
1
物理学
第五版
惠更斯－菲涅耳原理分析衍射过程
割成n个相等旳部分ＡＡ１，Ａ１Ａ２… 它们称之为波带。
因为每相邻波带相应点如A、A1， A1、 A2 …向方向发出旳光波A〞 A1〞 ，A1〞 A2 〞 … 旳光程差逐一相差半个波长， 故称之为“半波带”。
11-7 单缝衍射
A//
A1//
A
A2 //
A1
A3//
A2
B //
A3
C
B
A3/
A2/ A1/ A/
10
物理学 ）各级亮纹强度分布是不均匀旳
第五版
以中央明纹旳强度为1，则 第一级明纹为4.5% 第二级明纹为1.6% 第三级明纹为0.83%
I光强度
11-7 单缝衍射
3
2
0
2
3
asin
11
物理学
第五版
11-7 单缝衍射
例: 一束波长为 =5000Å旳平行光垂直照射在一种单缝上。
假如所用旳单缝旳宽度a=0.5mm，缝后紧挨着旳薄透镜焦距 f=1m，求：(1)中央明条纹旳角宽度；(2)中央亮纹旳线宽度； (3) 第一级与第二级暗纹旳距离；
第一暗纹间距。
xk 1
中央明纹旳角宽度(即条
xk
纹对透镜中心旳张角)为
光的衍射单缝与双缝衍射的条件与规律
光的衍射单缝与双缝衍射的条件与规律光的衍射是光波在通过物体边缘或孔径时发生弯曲和散射的现象。
在光的衍射过程中，单缝与双缝是两种常见的实验装置，用于观察和研究光波的衍射性质。
本文将分别介绍光的衍射单缝与双缝的条件与规律。
一、光的衍射单缝单缝衍射实验是通过一个狭缝来观察光的衍射现象。
当平行光垂直入射到一个很窄的单缝上时，光波将会在缝的边缘发生弯曲和散射。
光波经缝后将呈现出特殊的干涉图像。
光的衍射单缝的条件与规律如下：1. 单缝宽度：单缝的宽度决定了衍射现象的强度和形状。
当单缝的宽度接近光波的波长级别时，衍射现象会更为明显，衍射图样也会更加清晰。
2. 光源波长：光的波长决定了衍射的特性。
对于可见光来说，不同波长的光在经过单缝时，会产生不同的衍射图样。
短波长的光衍射图样会更加集中，而长波长的光衍射图样则会更加模糊。
3. 入射光的角度：入射光的角度也会影响单缝衍射的现象。
当入射光与单缝垂直时，衍射图样会更加对称；而当入射光与单缝的角度发生偏离时，衍射图样就会产生相应变化。
4. 观察位置：观察者的位置也会影响到衍射图样的展现。
离单缝较远的位置，衍射图样会变得更加清晰；而离单缝较近的位置，则可能会出现一些扩散和模糊的现象。
二、光的衍射双缝双缝衍射实验是通过两个相互平行且间距较小的狭缝来观察光的衍射现象。
这种实验装置可以产生出干涉条纹，反映了光的波动特性。
光的衍射双缝的条件与规律如下：1. 缝宽与间距：双缝的宽度和间距对衍射图样的形成有重要影响。
当缝宽和间距接近光的波长级别时，可以观察到明显的干涉条纹，表现出清晰的衍射现象。
2. 光源波长：光的波长决定了干涉条纹的间距和亮度分布。
对于可见光来说，不同波长的光在经过双缝时，会产生不同间距的干涉条纹。
短波长的光会产生较为密集的条纹，而长波长的光则产生较为稀疏的条纹。
3. 光的相干性：干涉条纹的清晰度与光的相干性相关。
当光的相干性较好时，干涉条纹会更加明显和清晰；反之，光的相干性较差时，干涉条纹则会变得模糊或消失。
大学物理单缝衍射
衍射效率与影响因素
细缝宽度
01
随着细缝宽度的减小，衍射效率逐渐增加。当细缝宽度接近或
小于波长时，衍射现象更加明显。
波长
02
光波的波长越短，衍射效率越高。在可见光范围内，紫光的衍
衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，会绕过障碍物的边缘继续传播的现象 。在单缝衍射中，光波在细缝边缘发生衍射，向各个方向传播，形成明暗相间的 条纹。
光的波动方程
光的波动方程是描述光波传播规律的数学方程，其形式为： $frac{partial^2 varphi}{partial x^2} = frac{1}{c^2} frac{partial^2 varphi}{partial t^2}$。
生物医学成像技术
要点一
总结词
生物医学成像技术中，单缝衍射效应对于提高成像质量和 分辨率具有重要作用。
要点二
详细描述
在生物医学成像技术中，如X射线成像、超声成像和光学 显微镜等，单缝衍射效应对于成像质量和分辨率的影响不 可忽视。通过对单缝衍射的研究，可以优化成像系统的设 计和参数调整，提高成像的清晰度和分辨率，从而提高生 物医学诊断的准确性和可靠性。这一原理在医学影像技术 、生物科学研究等领域有着广泛的应用。
重要性及应用
单缝衍射是理解光的波动性质和衍射 现象的基础，对于后续学习光的干涉 、衍射和光学仪器等知识具有重要意 义。
在实际应用中，单缝衍射可用于光学 仪器设计、光学检测和光学图像处理 等领域，如透镜设计、光谱分析、光 学成像系统优化等。
02
单缝衍射现象
定义与实验装置
单缝衍射现象实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 观察并理解单缝衍射现象及其特点。
2. 测量单缝衍射的光强分布。
3. 应用单缝衍射的规律计算单缝宽度。
4. 探讨光的波动性。
二、实验原理光的衍射是指光波遇到障碍物或孔径时，波前发生弯曲并传播到几何阴影区的现象。
当障碍物或孔径的尺寸与光波的波长相当或更小时，衍射现象尤为明显。
单缝衍射是光的衍射现象之一，当光波通过一个狭缝时，光波会在狭缝后形成一系列明暗相间的条纹，称为衍射条纹。
衍射条纹的位置和间距与狭缝宽度、光波长以及狭缝与屏幕之间的距离有关。
根据惠更斯-菲涅耳原理，单缝衍射的光强分布可以表示为：\[ I = I_0 \left( \frac{\sin^2(\theta)}{\theta^2} \right) \]其中，\( I \) 为衍射条纹的光强，\( I_0 \) 为中央亮条纹的光强，\( \theta \) 为衍射角度。
三、实验仪器1. He-Ne激光器：提供单色光源。
2. 单缝狭缝：提供衍射狭缝。
3. 光具座：固定实验装置。
4. 白屏：观察衍射条纹。
5. 刻度尺：测量衍射条纹间距。
6. 计算器：计算数据。
四、实验步骤1. 将He-Ne激光器、单缝狭缝、光具座和白屏依次放置在实验台上，确保各部分稳固。
2. 调整激光器，使激光束垂直照射到单缝狭缝上。
3. 观察并记录中央亮条纹的位置和间距。
4. 调整单缝狭缝的宽度，观察并记录不同宽度下的衍射条纹。
5. 测量不同衍射条纹的间距，并计算相对光强。
6. 利用公式 \( I = I_0 \left( \frac{\sin^2(\theta)}{\theta^2} \right) \) 计算单缝宽度。
五、实验结果与分析1. 观察单缝衍射现象：实验中观察到，当激光束通过单缝狭缝时，在白屏上形成了一系列明暗相间的条纹，即衍射条纹。
其中，中央亮条纹最为明亮，两侧的暗条纹逐渐变暗。
2. 测量单缝衍射的光强分布：通过测量不同衍射条纹的间距，可以计算出相对光强。
单缝衍射实验报告小结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过观察和测量单缝衍射现象，了解单缝衍射的基本原理，掌握单缝衍射光强分布的特点，并应用相关规律计算单缝的缝宽。
二、实验原理当光波遇到障碍物时，会发生衍射现象，即光波绕过障碍物传播。
当障碍物的大小与光的波长相当时，衍射现象尤为明显。
单缝衍射是光波通过一个狭缝后，在屏幕上形成的光强分布图样。
本实验采用夫琅和费衍射原理，即光源与接收屏距离衍射物相当于无限远时所产生的衍射。
单缝衍射的光强分布可以用以下公式描述：\[ I(\theta) = I_0 \left(\frac{\sin(\beta)}{\beta}\right)^2 \]其中，\( I(\theta) \) 是衍射角为 \( \theta \) 处的光强，\( I_0 \) 是中心亮条纹的光强，\( \beta \) 是衍射角。
三、实验仪器1. 激光器：提供单色平行光束。
2. 单缝二维调节架：用于调节狭缝的宽度。
3. 小孔屏：用于放置单缝。
4. 一维光强测量装置：用于测量不同位置的光强。
5. WJH型数字式检流计：用于测量光强。
四、实验步骤1. 将激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置和WJH型数字式检流计依次放置在光学导轨上，确保等高共轴。
2. 调节单缝的宽度，记录不同宽度下的衍射光强分布。
3. 改变单缝与屏幕之间的距离，观察衍射光强分布的变化。
4. 测量不同衍射级次的光强，记录数据。
5. 利用实验数据绘制光强分布曲线，并与理论曲线进行比较。
五、实验结果与分析1. 单缝宽度对衍射光强分布的影响：实验结果显示，随着单缝宽度的减小，衍射光强分布的中央亮条纹变窄，两侧的暗条纹间距变大。
这与理论公式相符。
2. 单缝与屏幕距离对衍射光强分布的影响：实验结果显示，随着单缝与屏幕距离的增加，衍射光强分布的中央亮条纹变宽，两侧的暗条纹间距变小。
这也与理论公式相符。
3. 光强分布曲线：实验测得的光强分布曲线与理论曲线基本一致，说明单缝衍射实验结果符合夫琅和费衍射原理。
单缝衍射
2.缝越窄（ a 越小），条纹分散的越开，衍射现象
越明显；反之，条纹向中央靠拢。
7
3.当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，这就是 透镜所形成线光源的象。显示了光的直线传播的性质。
几何光学是 波动光学在 a 时的极限情况。
（此时，各级Δx≈0，全部并入主最大附近，无法分辨。）
而当 a 或 a 时会出现明显的衍射现象。
10
例题 若有一波长为 600nm 的单色平行光，垂直 入射到缝宽 b =0.6mm 的单缝上，缝后有一焦距 f =
80 cm 透镜。(1)求第三级暗纹位置，（2）对 该 点而 言狭缝处波面可分成几个半波带？
解： bsin 2k (1)
2
在衍射角较小的条件下
sin tg x (2)
3.当AC 3 时，
2 AB分为三个波带，两个相邻波带发出的光互相干涉抵消，剩下 一个波带发出的光未被抵消，因而在P处出现明纹中心。
4
4. 当 a sinθ≠kλ/2时，光强介于最大与最小之间。
5.综上所述，屏幕上出现明纹中心和暗纹中心的条件为：
暗纹中心：a sinθ＝±kλ k =1，2，…
A6 A1
km=1 1
m=4
k 2
N=6
m=3
k 3
km =24
k 5
m=5
mk=6 6
N=10
当N 很大时，在主极大 明条纹之间实际上形成 一片相当暗的背底。
24
三、光栅衍射图样是多缝干涉光强 I 分布受单缝衍射光强分布调制的结果
光栅衍射图样是由来自每一
个单缝上许多子波以及来自
b
的数量级约10-6 米
O f
一、光栅的制作
单缝衍射 公式
单缝衍射公式单缝衍射，这可是物理学中的一个有趣概念！咱们先来聊聊什么是单缝衍射。
想象一下，你拿着手电筒，对着墙上的一条窄缝照过去。
你以为光会直直地穿过缝，在墙上形成一条和缝一样宽的亮线，对吧？但实际上不是这样！光通过窄缝后，会在墙上形成一系列明暗相间的条纹，这就是单缝衍射现象。
那单缝衍射的公式是什么呢？它主要涉及到一些物理量，比如波长λ、缝宽 a 还有衍射角θ。
公式是这样的：asinθ = mλ （m 是整数）。
这个公式看起来挺简单，可里面的学问大着呢！我给你讲个我在课堂上的经历吧。
有一次，我给学生们讲单缝衍射的公式，我发现他们一个个都皱着眉头，满脸困惑。
我就问：“咋啦，同学们，被这个公式难住啦？”一个学生怯生生地说：“老师，这公式太抽象了，不好理解。
”我一想，得想个办法让他们直观地感受一下。
于是，我带着他们做了一个小实验。
我们在教室的窗户上贴上一条窄纸条当作单缝，然后在外面用激光笔照射。
当光通过纸条的缝隙投射到教室里的墙上时，果然出现了明暗相间的条纹！同学们一下子兴奋起来，七嘴八舌地讨论着。
这时候，我再给他们讲解公式，他们就容易接受多了。
咱们再回到这个公式。
其中，m 表示衍射条纹的级数。
m 为 1 的时候，就是第一级衍射条纹；m 为 2 的时候，就是第二级衍射条纹，以此类推。
波长λ呢，它决定了光的颜色，不同颜色的光波长不一样。
缝宽 a 越小，衍射现象就越明显。
在实际生活中，单缝衍射的现象也不少见。
比如说，我们用显微镜观察微小物体的时候，就会用到单缝衍射的原理。
还有，在光盘的表面，你仔细看，也能看到因为光的衍射而产生的彩色条纹。
总之，单缝衍射虽然看起来有点复杂，但只要我们用心去理解，通过实验和实际的观察，就能掌握它的奥秘。
就像我们在学习的道路上，遇到难题不要怕，多动手、多思考，总会找到解决办法的！希望大家都能在物理学的海洋里畅游，发现更多有趣的知识！。
单缝衍射
在恰能分辨时， 在恰能分辨时，两个点光源在透镜前所 张的角度， 张的角度，称为最小分辨角 δ ϕ 。 圆孔衍射的第一级极小值由下式给出： 圆孔衍射的第一级极小值由下式给出： λ sin 1 =1.22 d θ ϕ = 1 ~ sinθ 1 = 1.22 λ δ 最小分辨角为： 最小分辨角为： θ d 1 d = 1.22 λ 分辨本领为： 分辨本领为： R = θ 结束 返回
在迎面驶来的汽车上， 例2: 在迎面驶来的汽车上，两盏前灯相距 1.2m。试问汽车离人多远的地方，眼睛才 。试问汽车离人多远的地方， 可能分辨这两盏前灯？ 可能分辨这两盏前灯？假设夜间人眼瞳孔直 径为5.0mm，而入射光波长λ =550.0nm。 径为 ， 。 Δx λ λ 解： δϕ =1.22 δϕ = l = 1.22 d d dΔx 5×10-3×1.2 l= = 1.22×550×10-9 1.22 λ =8.94×103 (m)
2. 望远镜的分辨本领 1 = d R= θ 1 1.22 λ
物镜的直径 d 3. 显微镜的最小分辨距离 0.61λ ∆ y= n sin u 孔径对物点的半张角 u 物方的折射率 n 显微镜的数值孔径 n sin u
本节要求： 本节要求： 1、了解惠更斯 菲涅耳原理。 菲涅耳原理。 、了解惠更斯—菲涅耳原理 2、熟记单缝衍射的明、暗纹公式。 、熟记单缝衍射的明、暗纹公式。 3、熟记单缝衍射的中央明纹宽度公式。 、熟记单缝衍射的中央明纹宽度公式。 4、熟记最大衍射级数和最多明纹条数公式。 、熟记最大衍射级数和最多明纹条数公式。 5、理解瑞利判据，知道望远镜的分辨本领。 、理解瑞利判据，知道望远镜的分辨本领。
ϕ
d
结束
返回
瑞利判据： 瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中 央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第 一个最暗处相重合， 一个最暗处相重合，认为这两个点光源恰好 能为这一光学仪器所分辨。 能为这一光学仪器所分辨。
单缝衍射实验报告
单缝衍射实验报告
实验目的：
通过单缝衍射实验，观察光在单缝上的衍射现象，并验证单缝衍射公式。
实验原理：
单缝衍射是指光通过一个狭缝后，在垂直于光线方向上出现的衍射现象。
光通过狭缝后，会出现一系列的亮暗相间的条纹，称为衍射条纹。
根据夫琅禾费衍射公式，衍射条纹的位置可以表示为：
y = λL / a
其中y为条纹的位置，λ为光波长，L为光源到屏幕的距离，a为狭缝宽度。
实验步骤：
1. 准备实验装置，包括光源、狭缝、屏幕和测量尺。
2. 调整光源与屏幕之间的距离，使得光线经过狭缝后能够正常照射到屏幕上。
3. 调整狭缝宽度，观察屏幕上出现的衍射条纹。
4. 使用测量尺测量屏幕上相邻两个亮条纹的间距，并记录数据。
5. 根据测得的数据计算光波长，并比较实验值与理论值的差距。
实验结果：
经过测量，我们得到了光波长与狭缝宽度、屏幕上亮条纹的间距之间的关系。
根据这些数据，我们计算得到了实验测得的光波长，与理论值进行对比。
讨论与结论：
在本次实验中，我们观察到了单缝衍射的现象，并通过测量数据计算得到了光波长。
实验结果与理论值较为接近，表明实验进行成功。
同时，我们还发现了一些实验中可能存在的误差源，如测量尺的不精确等。
总结：
通过单缝衍射实验，我们熟悉了衍射现象的观察方法，并验证了单缝衍射的公式。
同时，我们也注意到了实验中可能存在的误差，为今后的实验设计和操作提供了一定的经验和参考。
单缝衍射实验实验报告
单缝衍射实验实验报告实验目的：通过单缝衍射实验，探究光波在经过狭缝时的衍射特性。
实验仪器：光源、单缝装置、屏幕、测量尺、测量仪器等。
实验原理：当光波经过狭缝时，会发生衍射现象，波前会延展至整个狭缝，形成一系列次波。
这些次波在屏幕上会叠加形成干涉条纹，从而观察到明暗交替的衍射图样。
实验步骤：1. 将光源置于适当位置，照射光线至单缝装置；2. 调整单缝装置，使光线通过单缝；3. 在光线衍射的位置放置屏幕，调整屏幕位置，观察衍射图样；4. 使用测量尺和测量仪器，记录衍射图样的明暗条纹位置及间距。
实验数据与结果：通过实验，我们观察到了明暗交替的衍射图样，出现了一系列干涉条纹。
根据记录的数据，我们计算出了衍射角度、衍射角度与狭缝宽度的关系等参数，验证了衍射的规律。
实验结论：通过单缝衍射实验，我们深入了解了光波在狭缝中的衍射特性，掌握了衍射角度与狭缝宽度之间的定量关系。
同时，实验结果也进一步验证了光波的波动性质。
实验总结：单缝衍射实验是深入学习光波衍射现象的重要实验之一，通过实验我们不仅加深了对光学现象的认识，同时也提高了实验操作能力。
在今后的学习和科研中，我们将继续探索光波的奥秘，不断提升实验技能，为科学研究做出更大的贡献。
感谢指导教师的耐心指导与帮助，让我们更加深入地理解了光学原理。
同时，也感谢实验室相关工作人员的支持与帮助，为我们提供了良好的实验条件。
通过本次单缝衍射实验，我们收获颇丰，对光学领域有了更深入的了解，也培养了团队协作能力和实验技能，希望在未来的学习中能够不断提升自我，为科学研究贡献自己的力量。
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实验 单缝衍射
光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强不均匀的分布的现象叫作光的衍射，光的衍射理论证实了光的波动性。
衍射理论已经发展得较为完善，随着科学技术的进步，特别是激光的问世，衍射理论已经广泛地应用在如激光测径、物质微细结构分析等科学研究的许多方面。
因此，当代科学工作者应切实掌握好衍射的基本理论。
CCD 单缝衍射仪是以CCD 光强分布测量仪为核心，配上激光器、减光器、组合光栅、显示器等设备组成的，可以用来研究单缝衍射、双缝衍射、双缝干涉、多缝干涉等的新一代光学设备，它可以直观地在屏幕上显示二维的光强分布曲线，方便地测出相对光强、衍射角和条纹宽度，进而可以精密测量出狭缝宽度，单丝直径、光源波长等微小量，为微量的测量提供了新的手段。
本实验通过CCD 单缝衍射仪让实验者了解夫琅和费衍射的基本规律，掌握测量单缝衍射中的基本参量的方法。
实验目的
1、观察单缝的夫琅和费衍射的现象，了解其特征和规律。
2、了解CCD 单缝衍射仪的使用方法。
3、掌握测量相对光强、衍射角、缝宽的方法。
实验原理
根据光源和考察点到障碍物距离的不同情况，把衍射现象分为两大类：菲涅尔衍射（近场衍射）和夫琅和费衍射（远场衍射）。
夫琅和费衍射研究的是光源和观察屏到狭缝的距离都是无限远的情况，又称平行光衍射，本实验应用激光器及CCD 单缝衍射仪即可归结为这种类型。
夫琅和费衍射原理图如图 1
所示，
根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上每一点都可以看成是发射次波的新波源，以后
的波阵面都是这些新的次波相干叠加的结果。
由衍射的条件，这些次波经透镜2L 后，在其后焦面上叠加，形成平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹，中央的条纹既宽又亮。
设中央条纹的光强为0I ，经计算后，与中央成θ角处的光强θI 为：
220sin u u
I I =θ，λ
θπsin a u = （ １）
图4.8—1
其中a 为狭缝宽度，λ为入射光波长，θ是衍射角。
由式（ 1）可知：
1、当θ=0时，u =0，这时光强最大，称为中央主最大。
中央主最大的强度决定于光源的亮度，还和缝宽a 的平方成正比。
2、当)3,2,1(sin L L ±±±==k a
k λ
θ时，πk u =,则有θI ＝0，也就是出现暗纹。
实际上θ往往是很小的，因此可以近似地认为暗纹在a
k λ
θ=处。
由此可见，中央
主最大两侧暗纹之间a λθ2=∆，而其他相邻暗纹之间a
λθ=∆。
3、除了中央主最大以外，两相邻暗纹之间都有一个次最大。
（ 1）式对u
求导得0)sin cos (sin 2)sin (3
22=−=u u u u u u u du d ,即u u u sin cos −=0,u =tg u 求此超越方程可得次最大出现的位置，用表 1列出k =1±、2±、3±的次最大的位置及相对光强
I I θ
： 表 1
相对光强
I I θ
随θsin 的分布图如图 2所示：
实验仪器
1、氦氖激光器：其输出光波长λ＝632.8μm 。
2、减光器：用两片偏振片组成，一片固定作起偏器，另一片可旋转，作检偏器，达到连续减光的作用。
3、组合光栅片：片上有7组图形，见图 3，用二维调节架固定，见图 4；
图4.8—2
１２ ３ ４ ５ ６ ７
图 ３ 图 ４
其缝宽（丝径）的数据见表 2：（d 为多缝缝中心间距与缝宽的比值）
表 2 组数 上 部 下 部 第1组 单缝 a =0.12mm 单丝 0.12mm 第2组 单缝 a =0.10mm 单丝 0.10mm 第3组 单缝 a =0.07mm 双缝 a =0.07mm ，d =2 第4组 单缝 a =0.07mm 双缝 a =0.07mm ，d =3 第5组 单缝 a
=0.07mm 双缝 a =0.07mm ，d =4 第6组 双缝 a =0.02mm ，d =2 三缝 a =0.02mm ，d =2 第7组 四缝 a =0.02mm ，d =2 五缝 a =0.02mm ，d =2
4、CCD 光强分布测量仪
5、显示器
实验内容
1、测量单缝夫琅和费衍射的相对光强分布
（1） 光路调整：尽可能将激光器、减光器、单缝、光强仪调整为等高共轴。
为让激光功率稳定，将激光器先点燃半小时。
（2） 测量数据：慢慢移动光标，读取衍射曲线上几个特殊点的X 值、Y 值，a ．测量CCD 器件至单缝间的距离Z 时，要考虑CCD 器件的受光面在光强仪面板后4.5mm 处。
b ．测量相对光强的比值时，X 值表示标志线所指处CCD 器件上的第几个光电二极管，乘上二极管的中心距后才是实际的距离，实验中的二极管中心距为11μm ；因为要考虑到外界光的干扰，一定要以暗纹的Y 值为“基准”，即用测得的各个Y 减去暗纹的Y 值，不能直接相比较；Y 值是表示标志线所指曲线处CCD 器件上对应位置上（X 值）光电二极管所产生的光电压值，是一个相对量，
光栅片
水平调节手轮
垂直调节手轮
二维调节架
最大为255，每一单位对应为19.5ｍｖ（255对应５V ）。
c ．若较高次级暗纹与较低次级暗纹的Y 值读数相差较大，说明未满足远场
条件；若正方向与负方向暗纹的Y 值读数相差较大时，
说明单缝未与光强仪垂直。
在使用中，如发现波形向一个方向滚动，一般是光强仪与控制器上的“同步”线没有连好；发现没有X 值显示，一般是“采样”线没有连好；发现Y 值始终是0000，一般是“信号”线没有连好。
(3) 计算和比较
根据实验数据，可以计算出各级明条纹和暗条纹的衍射角和相对光强，还可
*2、测量单丝的直径
将中央主最大移至光强仪的采光窗外，让更高级次的暗纹出现在屏幕上，读出每一个暗纹的X 值，计算出相邻暗纹间距的平均值x ∆，代入衍射公式
x Z
a ∆≈
=λθλsin 中（Z 为单丝和CCD 光敏面的距离），求得单丝直径。
思考题
1、 实验测定的单缝衍射光强分布与理论结果有何差异？试分析其主要原因。
2、 CCD 光强分布测量仪在光学实验中还有哪些用途？试举一、二例。
（狄云松 汪长明 编）。