资源描述
成绩课程名称:电磁场与电磁波实验题目:单缝衍射实验、双缝干涉实验一、实验目的和任务1. 研究当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时,就要发生衍射的现象。在缝后面出 现的衍射波强度不是均匀的,中央最强;2. 研究当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线上,则每一条狭缝就是次级波波源。由两 缝发出的次级波是相干波,因此在金属板的背后面空间中,将产生干涉现象。二、 实验仪器及器件表2.1实验仪器列表仪器名称型号数量备注1分度转台DH9261台2喇叭天线1对33厘米固态信号发生器1台4晶体检波器1个5可变衰减器1个6微安表1个7读数机构1个8支座、支柱、视频电缆、介质板等附件若干三、实验内容及原理1)单缝衍射实验的原理实验的原理见图1:当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭 缝时,就要发生衍射的现象。在缝后面将出现的衍射波强度不是均匀的,中央最强,同时也 最宽,在中央的两侧衍射波强度迅速减小,直至出现衍射波强度的最小值,即一级极小,此 时的衍射角为,二=sin.”,其中是波长,是狭缝宽度。两者取同一单位长度,然后,随 着衍射角增大,衍射波宽度又逐渐增大,直至一级极大值,角度为二=3忙-】:技 芸。2)双缝干涉实验的原理见图2:当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上时,则每 一条狭缝就是次级波波源。由于两缝发出的次级波是相干波,因此在金属板背后面的空间中, 将产生干涉现象。当然,电磁波通过每个缝也有狭缝现象。因此实验将是衍射和干涉两者结 合的结果。为了研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射相互干涉的结果,令双缝的缝宽 接近,例如:=32 mm, =40 mm,这时单缝的一级极小接近53。因此,取较大的则 干涉强度受单缝衍射影响大。干涉加强的角度为=1,2,.干涉减弱的角度为_=三:厂】二二-;,=1,2,.图1单缝衍射实验图2双缝衍射实验四、实验步骤单缝衍射实验步骤1:根据图3,连接仪器。调整单缝衍射板的缝宽。步骤2:把单缝板放在支座上,应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻度线相一 致,此刻线应与工作平台上的90。刻度的一对刻线对齐。步骤3:转动小平台,使固定臂的指针指在小平台的180。线处,此时小平台的0。线就 是狭缝平面的法线方向。步骤4:调整信号电平,使活动臂上的微安表示数接近满度。从衍射角0。开始,在单缝 的两侧,衍射角每改变1。,读取微安表示数,并记录下来。步骤5:画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线。双缝干涉实验实验步骤与单缝衍射实验的一样,但所用的是双缝板而不是单缝板。第2页共7页五、实验测试数据表格记录表1单缝衍射实验的数据记录表入射角(度)-52-50-48-46-44-42-40-38-36微安表读数125320121入射角(度)-34-32-30-28-26-24-22-20-16微安表读数1000013816入射角(度)-14-12-10-8-6-4-202微安表读数141824303645544641入射角(度)468101214162022微安表读数383327221612821入射角(度)242628303234363840微安表读数001011111入射角(度)424446485052微安表读数234200表2双缝干涉实验的数据记录表入射角(度)-50-48-46-44-42-40-38-36-34微安表读数00241212661入射角(度)-32-30-28-26-24-22-20-18-16微安表读数1613181841618入射角(度)-14-12-10-8-6-4-202微安表读数202524161014515038入射角(度)468101214161820微安表读数2319213218821入射角(度)222426283032343638微安表读数313161462244入射角(度)404244464850微安表读数5108530六、实验数据分析及处理图6.1单缝衍射实验I-0关系曲线在单缝衍射实验中,已知=32mm, =70mm,因此可以得到:第一级暗纹中心为第一级亮纹中心为甲=sin-1(4) = 23.9a.3人甲=sin-i() = 48.12a在图6.1的左半部,单缝衍射的第一级暗纹中心在-25。附近;右半部,零级极大在24。附 近。在图6.1的右半部,单缝衍射的第一级亮纹中心在-50。附近;右半部,零级极大在49。附 近。双缝干涉实验60图6.2双缝干涉实验/-0关系曲线在双缝干涉实验中,已知=32mm, =40mm, =130mm,则有: 干涉加强发生的角度为cp = sin-i(7C-)o + b第一级亮纹中心为32(P =sin-i() = 10.8170第二级亮纹中心为(p= sin-1() = 22.1。170第三级亮纹中心为(P = sin-i() = 34.4170干涉减弱发生的角度为8 = sin-i(2K + l*)2 a + b第零级暗纹中心为(p sin-i ( x-?-) 5.42 170第一级暗纹中心为.3 32 一中 =sin t( x) = 16.42 170第二级暗纹中心为.5 32中=sin -1( x)=282 170图6.2的左半部双缝干涉减弱发生在-5。,-20。,-30。附近,增强发生在-10。,-20。, -40。附近;图6.2的左半部双缝干涉减弱发生在8。,20。,28。附近,增强发生在10。,22。,40 。附近;可见,实际情况与理论基本相近。误差可能原因有以下几点:1、由于实验对周围环境要就较高,而实验室人太多,导致反射过多,手臂的晃动对度 数的大小都有影响,所以很可能对度数造成了误差;2、由于双缝衔射板的度数不是很精确,调双缝宽度的时候可能造成较大的误差;3、仪器的喇叭天线有些松动,旋转转动臂时可能因晃动而造成误差。七、实验结论与感悟(或讨论)1、当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时,就要发生衍射的现象。在缝后面出 现的衍射波强度不是均匀的,中央最强;当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线上,则 每一条狭缝就是次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波,因此在金属板的背后面空间中, 将产生干涉现象。并学会了通过单缝衍射与双缝衍射的I-a曲线图计算波源波长2、实验的精确性难以控制。双缝干涉实验当中,由于干涉板并不能做到严格与出射电磁 波波波矢垂直,导致干涉图样在正负两端不对称,使得干涉极大值和极小值所对应角度和理 论值的百分差相对较大,这在本实验中表现的相当明显,以致可以较大影响到实验结果的精 确度。3、由于环境因素造成的误差,比如靠墙,周围障碍物多,其他仪器发射电磁波,测量过 程中人员走动等等,都会影响实验结果。第7页共7页
展开阅读全文