北郵電磁波與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告第二次

1、電磁波與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)三 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諄碜噪p縫的兩束中央衍射波相互干涉的影響二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理 a 當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹線， b 則每一條狹鍵就是次級(jí)波波源。由兩縫發(fā)出的次級(jí) 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。當(dāng)然，光通過每個(gè)縫也有衍射現(xiàn)象。因此實(shí)驗(yàn)將是衍射和干涉兩者結(jié)合的結(jié)果。為了只研究主要是由于來自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的結(jié)果，令雙縫的縫寬a接近，例如：=32mm， aa=40mm，這時(shí)單縫的一級(jí)極小接近530。因此取較大的 圖31 雙縫干涉b，則干涉強(qiáng)度受縫衍射的影響小，當(dāng)b較小時(shí)，干涉

2、強(qiáng)度受單縫衍射影響大（如圖31所示）。干涉加強(qiáng)的角度為：，式中K=l、2、；干涉減弱的角度為：式中K=l、2、。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟如圖32所示，儀器連接時(shí)，預(yù)先接需要調(diào)整雙縫縫衍射板的縫寬，當(dāng)該板放到支座上時(shí)，應(yīng)使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的某一對(duì)刻線一致，此刻線應(yīng)與工作平臺(tái)上的900刻度的一對(duì)線一致。轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)使固定臂的指針在小平臺(tái)的1800處，此時(shí)小平臺(tái)的00就是狹縫平面的法線方向。這時(shí)調(diào)整信號(hào)電平使表頭指示接近滿度。然后從衍射角00開始，在雙縫的兩側(cè)使衍射角每改變10讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來。由于衍射板橫向尺寸小，所以當(dāng)b取得較大時(shí)，為了避免接收喇叭直接收到發(fā)射喇叭的發(fā)射波或通過板

3、的邊緣過來的波，活動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)小些。圖32 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀器的布置五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析角度/度縫寬=40mm雙縫間距=80mm波長(zhǎng)=32mm右衍射強(qiáng)度縫寬=30mm雙縫間距=70mm波長(zhǎng)=32mm右衍射強(qiáng)度縫寬=30mm雙縫間距=50mm波長(zhǎng)=32mm右衍射強(qiáng)度010057100194489028235783592260438125151463764426703148038905410281111212012231601340200145826215603761675501017806318188480301990964020921004821909450227884512356704424

4、405240251832342681725274101928461829310193021720312223732228433366048341465483528724336446934375357103880406398828540901514186824270214348354425136458401546262264768240481684464930724550405132514828145246101453372353371254220055105561570第一組數(shù)據(jù)的第一級(jí)極大在0度左右，第一級(jí)極小在7度左右；第二極大在20度左右，第二極小在31度左右，第三極大在40度左右，第三

5、極小在46度左右。第二組數(shù)據(jù)的第一級(jí)極大在0度左右，第一級(jí)極小在7度左右；第二極大在20度左右，第二極小在28度左右，第三極大在37度左右，第三極小在42度左右。第三組數(shù)據(jù)的第一級(jí)極大在0度左右，第一級(jí)極小在12度左右；第二極大在22度左右，第二極小在27度左右，第三極大在32度左右，第三極小在38度左右。六、數(shù)據(jù)分析： 1）、從總體上看，入射角與反射角相差不大，在誤差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為相等，驗(yàn)證了電磁波的衍射定律。2）、由于儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免，并且在測(cè)量的時(shí)候產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，所以左側(cè)衍射強(qiáng)度不會(huì)完全等于右側(cè)衍射強(qiáng)度，但是兩邊的強(qiáng)度趨勢(shì)基本可以保持一致，說明其中一側(cè)數(shù)據(jù)受到的外界干擾比

6、較強(qiáng)，誤差分析：在實(shí)驗(yàn)過程中，由于本組儀器受到其他組同學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器發(fā)出的電磁波的干擾，接收的電磁波與理論電磁波有差異，對(duì)結(jié)果影響較大。實(shí)驗(yàn)中，讀數(shù)均由同學(xué)目測(cè)，因此讀數(shù)誤差也較大。當(dāng)縫寬=40mm雙縫間距=80mm波長(zhǎng)=32mm時(shí)，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖當(dāng)縫寬=30mm雙縫間距=70mm波長(zhǎng)=32mm時(shí)，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖當(dāng)縫寬=30mm雙縫間距=50mm波長(zhǎng)=32mm時(shí)，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖思考題1、答：當(dāng)a+b越大時(shí)，第一級(jí)極大和極小出現(xiàn)的角度將會(huì)逐漸變??； 當(dāng)a+b越小時(shí)，第一級(jí)極大和極小出現(xiàn)的角度將會(huì)逐漸變大。2、答：當(dāng)b趨近于0時(shí)，第一級(jí)極大出現(xiàn)的地點(diǎn)將主要取決

7、于a的取值。實(shí)驗(yàn)四 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆掌矫娌ㄩL(zhǎng)的測(cè)量方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)的基本原理見圖41，在平面波前進(jìn)的方向上放置成450的半透射板。由于該板的作用，將入射波分成兩束波，一束向A方向傳播，另一束向B方向傳播。由于A、B處全反射板的作用，兩列波就再次回到半透射板并到達(dá)接收喇叭處。于是接收喇叭收到兩束同頻率，振動(dòng)方向一致的兩個(gè)波。如果這兩個(gè)波的位相差為2的整數(shù)倍。則干涉加強(qiáng)；當(dāng)位相差為的奇數(shù)倍則干涉減弱。因此在A處放一固定板，讓B處的反射板移動(dòng)，當(dāng)表頭指示從一次極小變到又一次極小時(shí)，則 B處的反射板就移動(dòng)2的距離因此有這個(gè)距離就可求得平面波的

8、波長(zhǎng)。 A(固定反射板) 發(fā)射喇叭B(可移反射板) 接收喇叭 圖41 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟如圖42所示，使兩喇叭口面互成900。半透射板與兩喇叭軸線互成450，將讀數(shù)機(jī)構(gòu)通過它本身上帶有的兩個(gè)螺釘旋入底座上，使其固定在底座上，再插上反射扳，使固定反射板的法線與接受喇叭的軸線一致，可移反射板的法錢與發(fā)射喇叭軸線一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)。將可移反射板移到讀致機(jī)構(gòu)的一端，在此附近測(cè)出一個(gè)極小的位置，然后旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機(jī)構(gòu)上的手柄使反射扳移動(dòng)，從表頭上測(cè)出（n1）個(gè)極小值，并同時(shí)從讀數(shù)機(jī)構(gòu)上得到相應(yīng)的位移讀數(shù)，從而求得可移反射板的移動(dòng)距離L。則波長(zhǎng)。圖42 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)儀器的布置五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

9、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格如下：1(mm)2(mm)3(mm)D10.8900.4210.658D218.65018.1138.598D334.69935.58835.088D451.80551.40452.498波長(zhǎng)33.95333.98934.060平均值34.001計(jì)算傳播常數(shù)： 很據(jù)公式傳播常數(shù)K=2/入得，K0.185波長(zhǎng)分析： 根據(jù)儀器表上得到的頻率計(jì)算出的波長(zhǎng)為34.001mm,與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的實(shí)際波長(zhǎng)32.020mm相差不大，在誤差允許范圍內(nèi)具有正確性。誤差分析：（1）由于實(shí)驗(yàn)的測(cè)量度數(shù)較小，因此人為的讀數(shù)誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)影響很大。（2）實(shí)驗(yàn)儀器的精確度的關(guān)系以及鏡片的清晰程度，讀數(shù)十會(huì)導(dǎo)致誤差。（3）由于實(shí)驗(yàn)時(shí)操作的不當(dāng)影響實(shí)驗(yàn)效果的準(zhǔn)確度，也會(huì)導(dǎo)致部分誤差。(4) 在實(shí)驗(yàn)過程中，外界的電磁波以及其他實(shí)驗(yàn)組儀器產(chǎn)生的電磁波多此次實(shí)驗(yàn)均有影響。（5）在誤差允許的范圍內(nèi)，此實(shí)驗(yàn)具有正確性。思考題： 測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)，介質(zhì)板位置如果旋轉(zhuǎn)90度，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，能否準(zhǔn)確測(cè)量波長(zhǎng)？答:如上圖，兩條路依然會(huì)有波程差，但是，有一條路的電磁波經(jīng)過兩次半透射板，又經(jīng)過兩次反射，所以這條路上電磁波的衰弱程度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另一條路的電磁波，所以當(dāng)兩條波合