光的干涉與繞射實驗

0611025 郭庭均

tags: academy

實驗記錄

紅光二極體雷射波長理論值:

λ=630 (nm)

雙狹縫干涉

D: 屏幕至雙狹縫模組的垂直距離，
ym: 第
m條亮紋或暗紋至中央亮紋距離

  1. 雙狹縫間距
    d=5×10−4 (m)    ，
    D=0.8(m)
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  2. 雙狹縫間距
    d=2.5×10−4 (m)    ，
    D=0.8(m)
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單狹縫繞射

D: 屏幕至單狹縫模組的垂直距離，
ym: 第
m條亮紋或暗紋至中央亮紋距離

  1. 單狹縫寬度
    b=1.6×10−4 (m)    ，
    D=0.8(m)
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  2. 單狹縫寬度
    b=8×10−5 (m)    ，
    D=0.8(m)
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圓孔繞射

  1. 圓孔直徑
    b=4×10−4 (m)    ，
    D=0.8(m)
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  2. 圓孔直徑
    b=2×10−4 (m)    ，
    D=0.8(m)
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光柵繞射

  1. 相鄰兩狹縫間距

    d=1×10−5 (m)，
    D=0.97 (m)
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  2. 相鄰兩狹縫間距

    d=3.33×10−6 (m)，
    D=0.97 (m)    風
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誤差分析

  1. 系統誤差
    • 設備: 紅光二極體雷射器材有時會有強度不夠強、無法聚焦的問題。透過多次實驗才正確取得
      ym      的值
    • 理論與實驗方法誤差: 由於計算波長的公式
      sinθ≈tanθ=ymD      有取近似值，若
      D      愈小近似會愈不準確。
    • 環境誤差: 實驗室的燈光影響光感應器測量的光強度。透過減少外界環境的燈光影響也可以減少對光感應器的影響。
  2. 人為誤差
    • 擷取Data Studio的值時，經常有波峰波谷不夠明確的狀況發生。透過放大scale以及加大擷取頻率也可以改善狀況。
    • 干涉繞射條文是否於螢幕上呈現，為人主觀判斷，會有看不出微小角度傾斜的狀況。
    • 光柵繞射於方格紙上的標記條文有人為誤差的影響
  3. 隨機誤差

問題回答

  1. 若雷射光非垂直入射狹縫，屏幕上呈現的干涉條紋是否會改變？
    會改變，相鄰兩暗紋間距=相鄰兩亮紋間距會變大，亮帶寬度也會變大。
  2. 在不改變實驗架構下(含狹縫規格，狹縫至屏幕距離)，僅改變雷射光波長，所測得的干涉或繞射條紋將如何改變？
    因為亮帶的位置
    θ    與雷射光波長有關，波長不同所產生的亮帶位置會有所不同。
  3. 楊氏當初進行實驗時並無雷射光源，他是如何透過實驗驗證光具有波動性？
    製作點光源: 利用經過一個小孔的光作為點光源，點光源發出的光穿過紙上的兩條平行狹縫投射在螢幕上，觀測者就能觀察出干涉條紋。
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光的干涉與繞射實驗 0611025 郭庭均 tags: academy 實驗記錄 紅光二極體雷射波長理論值: \(\lambda = 630 \ \text{(nm)}\) 雙狹縫干涉 \(D\) : 屏幕至雙狹縫模組的垂直距離， \(y_m\) : 第 \(m\) 條亮紋或暗紋至中央亮紋距離 雙狹縫間距 \(d=5\times10^{-4} \ \text{(m)}\) ， \(D=0.8 \text{(m)}\) 雙狹縫間距 \(d=2.5\times10^{-4} \ \text{(m)}\) ， \(D=0.8 \text{(m)}\) 單狹縫繞射 \(D\) : 屏幕至單狹縫模組的垂直距離， \(y_m\) : 第 \(m\) 條亮紋或暗紋至中央亮紋距離 單狹縫寬度 \(b=1.6\times10^{-4} \ \text{(m)}\) ， \(D=0.8 \text{(m)}\) 單狹縫寬度 \(b=8\times10^{-5} \ \text{(m)}\) ， \(D=0.8 \text{(m)}\) 圓孔繞射 圓孔直徑 \(b=4\times10^{-4} \ \text{(m)}\) ， \(D=0.8 \text{(m)}\) 圓孔直徑 \(b=2\times10^{-4} \ \text{(m)}\) ， \(D=0.8 \text{(m)}\) 光柵繞射 相鄰兩狹縫間距 \(d = 1\times10^{-5} \ \text{(m)}\) ， \(D = 0.97 \ \text{(m)}\) 相鄰兩狹縫間距 \(d = 3.33\times10^{-6} \ \text{(m)}\) ， \(D = 0.97 \ \text{(m)}\) 風 誤差分析 系統誤差 設備: 紅光二極體雷射器材有時會有強度不夠強、無法聚焦的問題。透過多次實驗才正確取得 \(y_m\) 的值 理論與實驗方法誤差: 由於計算波長的公式 \(sin\theta \approx tan \theta = \dfrac{y_m}{D}\) 有取近似值，若 \(D\) 愈小近似會愈不準確。 環境誤差: 實驗室的燈光影響光感應器測量的光強度。透過減少外界環境的燈光影響也可以減少對光感應器的影響。 人為誤差 擷取Data Studio的值時，經常有波峰波谷不夠明確的狀況發生。透過放大scale以及加大擷取頻率也可以改善狀況。 干涉繞射條文是否於螢幕上呈現，為人主觀判斷，會有看不出微小角度傾斜的狀況。 光柵繞射於方格紙上的標記條文有人為誤差的影響 隨機誤差 問題回答 若雷射光非垂直入射狹縫，屏幕上呈現的干涉條紋是否會改變？ 會改變，相鄰兩暗紋間距=相鄰兩亮紋間距會變大，亮帶寬度也會變大。 在不改變實驗架構下(含狹縫規格，狹縫至屏幕距離)，僅改變雷射光波長，所測得的干涉或繞射條紋將如何改變？ 因為亮帶的位置 \(\theta\) 與雷射光波長有關，波長不同所產生的亮帶位置會有所不同。 楊氏當初進行實驗時並無雷射光源，他是如何透過實驗驗證光具有波動性？ 製作點光源: 利用經過一個小孔的光作為點光源，點光源發出的光穿過紙上的兩條平行狹縫投射在螢幕上，觀測者就能觀察出干涉條紋。
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