光也能不沿直线传播——光衍射时光强的检测

　　衍射现象是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象，这是波所具有的的特性。下面是衍射图解。

　　正是由于波的衍射特性，科学家们证明了光也是一种波。著名的试验莫过于泊松亮斑了，在早期经典物理学时期，关于光的本性有两种观点，即波动论和粒子论（当然现在已经知道其实是波粒二象性）当时的数学家泊松是坚定的粒子论者，他对光的波动说很不屑。我们知道，波是可以产生衍射的，于是泊松为了推翻光的波动说就用很严谨的数学方法计算，得出的结论是“假如光是一种波，那么光在照到一个尺寸适当的圆盘时，其后面的阴影中心会出现一个亮斑”这在当时看来是一个很可笑的结论，影子的中心应该是最暗的，如果光是波动的反而成了最亮的地方了。泊松自认为这个结论完全可以推翻光的波动说，然而物理学家菲涅尔的试验却使泊松大跌眼镜——事实的确如此，在阴影的中心就是有一个亮斑。

　　泊松本来想推翻光的波动说，结果反而又一次证明了光的波动性。由于圆盘衍射中的那个亮斑是由泊松最早证明计算出来的，所以叫做“泊松亮斑”。

　　具体地来说就是：泊松亮斑:当光照到不透光的小圆板（小圆板尺寸比光波长小）上时,由于衍射现象部分波会发生方向偏移。在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。

　　本期实验研究由衍射光栅产生的单色衍射图案上的光强度的变化。

　　所需设备：DrDAQ数据记录器、衍射光栅（可以用羽毛代替）、单色激光。

　　实验设置如下图所示。

　　激光和光栅被固定在适当位置，显示衍射图案的幕布应放在光栅之外约5cm的白卡上（光栅在激光源与幕布之间）。DrDAQ的光传感器固定在幕布上光照区域，光传感器能检测衍射图案后各个光条的光强（事实上肉眼也可辨别）。实验中无论PicoLog还是 PicoScope软件都可以用于这个实验。当选择PicoLog时，要设置为每100毫秒从光传感器中取样1一次。

　　进行实验：PicoLog设置为开始记录数据并显示结果图（轴设置为自动）。

　　一旦记录开始，DrDAQ在与光轴成直角的衍射图案上缓慢移动。最大值和最小值的模式应该开始出现在图表上。

　　问题和结果的讨论

　　1.解释为什么衍射发生？

　　2.为什么最低光照水平不会下降到零？

　　3.如果DrDAQ远离衍射光栅，该图案将如何受到影响？

　　4.为什么所有的最大值不是在相同的高度？

　　进一步研究

　　1.使用不同色光进行实验。

　　2.尝试在光传感器上放置一个小开放的纸管，以减少背景光的拾取。

　　3.尝试在光传感器前面放置一个红色滤光片和/或1mm狭缝，以尽量减少环境光线并提高分辨率。

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