電磁波的單縫衍射實驗、雙縫干涉實驗

1、成績課程名稱：電磁場與電磁波實驗題目： 單縫衍射實驗、雙縫干涉實驗 1、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)1.研究當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。在縫后面出現(xiàn)的衍射波強(qiáng)度不是均勻的，中央最強(qiáng)；2.研究當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹線上，則每一條狹縫就是次級波波源。由兩縫發(fā)出的次級波是相干波，因此在金屬板的背后面空間中，將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。2、 實驗儀器及器件 表2.1 實驗儀器列表儀器名稱型號數(shù)量備注1分度轉(zhuǎn)臺DH9261臺2喇叭天線1對33厘米固態(tài)信號發(fā)生器1臺4晶體檢波器1個5可變衰減器1個6微安表1個7讀數(shù)機(jī)構(gòu)1個8支座、支柱、視頻電纜、介質(zhì)板等附件若干3、 實驗內(nèi)容及原

2、理 1）單縫衍射實驗的原理 實驗的原理見圖1：當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。在縫后面將出現(xiàn)的衍射波強(qiáng)度不是均勻的，中央最強(qiáng)，同時也最寬，在中央的兩側(cè)衍射波強(qiáng)度迅速減小，直至出現(xiàn)衍射波強(qiáng)度的最小值，即一級極小，此時的衍射角為=sin-1(/a)，其中是波長，是狹縫寬度。兩者取同一單位長度，然后，隨著衍射角增大，衍射波寬度又逐漸增大，直至一級極大值，角度為=sin-1(32)(/a)。2）雙縫干涉實驗的原理見圖2：當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹縫上時，則每一條狹縫就是次級波波源。由于兩縫發(fā)出的次級波是相干波，因此在金屬板背后面的空間中，將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)然，

3、電磁波通過每個縫也有狹縫現(xiàn)象。因此實驗將是衍射和干涉兩者結(jié)合的結(jié)果。 為了研究主要是由于來自雙縫的兩束中央衍射相互干涉的結(jié)果，令雙縫的縫寬 接近 ，例如：=32 mm，=40 mm，這時單縫的一級極小接近 53。因此，取較大的 則干涉強(qiáng)度受單縫衍射影響大。 干涉加強(qiáng)的角度為 =sin-1(ka+b), =1,2, 干涉減弱的角度為 =sin-1(2k+12a+b), =1,2, 圖1 單縫衍射實驗 圖2 雙縫衍射實驗4、 實驗步驟單縫衍射實驗 步驟1：根據(jù)圖3，連接儀器。調(diào)整單縫衍射板的縫寬。步驟2：把單縫板放在支座上，應(yīng)使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的某一對刻度線相一致，此刻線應(yīng)與工作平臺上

4、的 90 刻度的一對刻線對齊。 步驟3：轉(zhuǎn)動小平臺，使固定臂的指針指在小平臺的 180 線處，此時小平臺的 0 線就是狹縫平面的法線方向。 步驟4：調(diào)整信號電平，使活動臂上的微安表示數(shù)接近滿度。從衍射角 0 開始，在單縫的兩側(cè)，衍射角每改變 1，讀取微安表示數(shù)，并記錄下來。 步驟5：畫出單縫衍射強(qiáng)度與衍射角的關(guān)系曲線。 雙縫干涉實驗 實驗步驟與單縫衍射實驗的一樣，但所用的是雙縫板而不是單縫板。 5、 實驗測試數(shù)據(jù)表格記錄表1單縫衍射實驗的數(shù)據(jù)記錄表入射角（度）-52-50-48-46-44-42-40-38-36微安表讀數(shù)125320121入射角（度）-34-32-30-28-26-24-22

5、-20-16微安表讀數(shù)1000013816入射角（度）-14-12-10-8-6-4-202微安表讀數(shù)141824303645544641入射角（度）468101214162022微安表讀數(shù)383327221612821入射角（度）242628303234363840微安表讀數(shù)001011111入射角（度）424446485052微安表讀數(shù)234200表2雙縫干涉實驗的數(shù)據(jù)記錄表入射角（度）-50-48-46-44-42-40-38-36-34微安表讀數(shù)00241212661入射角（度）-32-30-28-26-24-22-20-18-16微安表讀數(shù)1613181841618入射角（度）-14

6、-12-10-8-6-4-202微安表讀數(shù)202524161014515038入射角（度）468101214161820微安表讀數(shù)2319213218821入射角（度）222426283032343638微安表讀數(shù)313161462244入射角（度）404244464850微安表讀數(shù)51085306、 實驗數(shù)據(jù)分析及處理圖6.1 單縫衍射實驗關(guān)系曲線在單縫衍射實驗中，已知=32mm，=70mm，因此可以得到：第一級暗紋中心為第一級亮紋中心為在圖6.1的左半部，單縫衍射的第一級暗紋中心在-25附近；右半部，零級極大在24附近。在圖6.1的右半部，單縫衍射的第一級亮紋中心在-50附近；右半部，零級

7、極大在49附近。圖6.2 雙縫干涉實驗關(guān)系曲線在雙縫干涉實驗中，已知=32mm，=40mm，=130mm，則有：干涉加強(qiáng)發(fā)生的角度為第一級亮紋中心為第二級亮紋中心為第三級亮紋中心為干涉減弱發(fā)生的角度為第零級暗紋中心為第一級暗紋中心為第二級暗紋中心為圖6.2的左半部雙縫干涉減弱發(fā)生在-5，-20，-30附近，增強(qiáng)發(fā)生在-10，-20，-40附近；圖6.2的左半部雙縫干涉減弱發(fā)生在8，20，28附近，增強(qiáng)發(fā)生在10，22，40附近；可見，實際情況與理論基本相近。誤差可能原因有以下幾點: 1、由于實驗對周圍環(huán)境要就較高，而實驗室人太多，導(dǎo)致反射過多，手臂的晃動對度數(shù)的大小都有影響，所以很可能對度數(shù)造成了誤差; 2、由于雙縫銜射板的度數(shù)不是很精確，調(diào)雙縫寬度的時候可能造成較大的誤差;3、儀器的喇叭天線有些松動，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動臂時可能因晃動而造成誤差。7、 實驗結(jié)論與感悟（或討論）1、當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。在縫后面出現(xiàn)的衍射波強(qiáng)度不是均勻的，中央最強(qiáng)；當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹線上，則每一條狹縫就是次級波波源。由兩縫發(fā)出的次級波是相干波，因此在金屬板的背后面空間中，將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。并學(xué)會了通過單縫衍射與雙縫衍射的I-曲線圖計算波源波長2、實驗的精確性難以控制。雙縫干涉實驗當(dāng)中，由于干涉板并不能做到嚴(yán)格與出射電磁波波波矢垂直，導(dǎo)致干涉圖樣在