基础光学实验实验报告

基

础

光

学

实

验

姓名：许达学号：2120903018

应物21班

一．实验仪器

基础光学轨道系统，基础光学组合狭缝及偏振片，红光激光器及光圈支架，光传感器与转动传感器，科学工作室500或750接口，DataStudio软件系统

二．实验目的

1.通过该实验让学生了解并会运用实验器材，同时学会用计算机分析和处理实验数据。

2.通过该实验让学生了解基本的光学现象，并掌握其物理机制。三．实验原理

单缝衍射：当光通过单缝发生衍射，光强极小（暗点）的衍射图案由下式给出asinθ=mλ(m=1,2,3……），其中a是狭缝宽度，θ为衍射角度，λ是光波波长。

双缝干涉：当光通过两个狭缝发生干涉，从中央最大值（亮点）到单侧某极大值的角度由下式给出dsinθ=mλ(m=1,2,3……),其中d是狭缝间距，θ为从中心到第m级最大的夹角，λ是光波波长，m为级数。

光的偏振：通过第一偏振器后偏振电场为E0，以一定的角度β穿过第二偏振器，则场强变化为E0cosβ,由于光强正比于场强的平方，则，第二偏振器透过的光强为I=I0cos2β.

四．实验内容及过程

单缝衍射

单缝衍射光强分布图

如果设单缝与接收屏的距离为s,中央极强到光强极小点的距离为c,且sinθ≈tanθ=c/s,那么可以推得a=smλ/c.又在此次实验中，s=750mm,λ=6.5E(-4)mm,那么推得a=0.4875m/c,又由图可知：当m=1时，c=(88-82)/2=3mm,推得a=0.1625mm;

当m=2时，c=(91-79)/2=6mm,推得a=0.1625mm;

当m=3时，c=(94-76)/2=9mm,推得a=0.1625mm;

当m=4时，c=(96-74)/2=11mm,推得a=0.1773mm;

得到a的平均值0.1662mm,误差E=3.9%。

双缝干涉

双缝干涉光强分布图

双缝间距如果设双缝与接收屏的距离为s,中央极强到单侧极强点的距离为c,且sinθ≈tanθ=c/s,那么可以推得d=smλ/c.又在此次实验中，s=650mm,λ=6.5E(-4)mm,那么推得d=0.4225m/c，由图可知：当m=1时，c=(75-72)/2=1.5mm,推得d=0.2817mm;

当m=2时，c=(76-70)/2=3mm,推得d=0.2817mm;

当m=3时，c=(78-68)/2=5mm,推得d=0.2535mm;

当m=4时，c=(80-66)/2=7mm,推得d=0.2414mm;

当m=5时，c=(81-65)/2=8mm,推得d=0.2641mm;

由此推得双缝间距d的平均值0.2645mm,误差E=5.8%。

双缝宽度如果设双缝与接收屏的距离为s,主级包络极大值

到第一级包络光强极小点的距离为c,且sinθ≈tanθ=c/s,那么可以推得a=smλ/c.又在此次实验中，s=650mm,λ=6.5E(-4)mm,那么推得a=0.4225m/c,又由图可知：

当m=1时，c=(85-62)/2=11.5mm,推得a=0.0367mm;

当m=2时，c=(95-70)/2=22.5mm,推得a=0.0376mm;

得到双缝宽度a=0.0372mm,误差E=7.0%。

光的偏振

Y=13cos2(x+50)拟合

Y=13cos3(x+50)拟合

Y=13cos4(x+50)拟合

由上面的图可知，三次拟合明显不能拟合光强变化曲线，而四次拟合能大致反映出光强变化的趋势，但是仍然不能精确刻画出光强的数值变化，而二次拟合不仅能反映出光强变化的趋势，而且能精确的刻画出光强数值的变化。所以，二次拟合最匹配第二偏振片透过光强的变化规律，即验证了第二偏振片透过光强公式I=I0cos2β。五．实验结果

0.16mm单缝衍射实验单缝缝宽测得值a=0.1662mm.误差3.9%。

0.25mm,0.04mm双缝干涉实验双缝间距测得值d=0.2645mm,误差5.8%;双缝缝宽测得值a=0.0372mm,误差7.0%。

光的偏振实验中，二次拟合最匹配透过光强的变化规律，即验证了第二偏振片透过的光强度为I=I0cos2β。

六．实验结果误差分析和建议

实验误差：误差可能来源于实验仪器的测量精度，距离的测量和读取，激光光波波长的不稳定，实验操作不规范，外界光的干扰。

实验建议：提高实验器材的精度以及操作人员的技术，采用稳定性更高的激光发射器，更加彻底的隔绝外界光。

七．实验感受及收获

在实验开始，由于我不会用计算机做实验和处理数据，耗费了一段时间，但是在老师的帮助下和自己的摸索，我慢慢学会了用计算机做实验和处理数据。另外，由于要获得一个对称性好的光强曲线需要多次尝试和测量，这也让我体会到了做实验需要很大的耐心，对我这

样的初级实验者是一个很好的体验和收获。

对于实验本身而言，我觉得要想获得精确的实验结果，不仅需要实验人员良好的技术和耐心，实验器材本身的精准程度也很必要。