北京邮电大学

电磁场与电磁波测量实验

实验报告

实验内容：双缝衍射实验

迈克尔逊双缝实验

学院：电子工程学院

班级：XX班

组员：

20##年4月18日

实验三 双缝衍射实验

一、实验目的

掌握来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的影响。

二、预习内容

电磁波双缝干涉现象

三、实验仪器和设备

DH926B型微波分光仪一台

四、实验原理

当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上时，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，在金属板的背后空间将产生干涉现象。由于入射波通过每个狭缝也有衍射现象，实验将是干涉和衍射两者结合的结果，我们为了只研究主要是来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，令双缝的宽度a接近λ，例如，入射波波长 λ=32mm，取缝宽a=40mm，由单缝衍射的一级极小公式 ，得 ，我们在一级极小范围内研究两束中央衍射波相互干涉现象。 当衍射角Φ 适合条件：

                     (1)

时，两狭缝射出的光波的光程差是波长的整数倍，因而相互加强，形成明纹。当衍射角Φ 适合条件

(2)

时，两狭缝射出的子波的光程差是半波长的奇数倍时，干涉减弱应形成暗纹。所以干涉加强的角度为

                                           (3)

干涉减弱的角度                 (4)

五、实验内容及步骤

1.仪器连接时，预先接需要调整双缝衍射板的缝宽。

2.当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的90刻度的一对线一致。

3.转动小平台使固定臂的指针在小平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。

4.这时调整信号电平使表头指示接近满度。然后从衍射角0开始，在双缝的两侧使衍射角每改变1  读取一次表头读数，并记录下来。

5.这时就可画出双缝衍射强度与衍射角的关系曲线，并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。此实验曲线的中央较平，甚至还有稍许的凹陷，这可能是由于衍射板还不够大之故。

由于衍射板横向尺寸小，所以当b取得较大时，为了避免接收喇叭直接收到发射喇叭的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应小些。

 

图   双缝衍射实验的仪器布置

六、实验报告

（1）双缝衍射实验 a=40mm;b=80mm;λ=32mm

数据分析：

（2）双缝衍射实验 a=40mm;b=70mm;λ=32mm

数据分析：

（3）双缝衍射实验 a=40mm;b=50mm;λ=32mm

数据分析：

      七、思考题

（1）阐述a,b变化对干涉产生的影响？

随着a,b的增大，极大与极小条纹的角度均在减小，各个极大的取值均有所减小。随着b的增大，衍射现象变得明显，会出现衍射条纹。

（2）假设b趋近与0，实验结果的变化趋势将如何？

干涉条纹将变成单缝衍射条纹。

实验四 迈克尔逊干涉实验

一、实验目的

掌握平面波长的测量方法

二，预习内容

迈克尔孙干涉现象。

三、实验仪器和设备

DH926B型微波分光仪        1台

四、实验原理

迈克尔逊干涉实验的基本原理见图1，在平面波前进的方向上放置成450的半透射板。由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A方向传播，另一束向B方向传播。由于A、B处全反射板的作用，两列波就再次回到半透射板并到达接收喇叭处。于是接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的位相差为2π的整数倍。则干涉加强；当位相差为π的奇数倍则干涉

图1：迈克尔逊干涉实验

减弱。因此在A处放一固定板，让B处的反射板移动，当表头指示从一次极小变到又一次极小时，则  B处的反射板就移动λ／2的距离．因此有这个距离就可求得平面波的波长。

五、实验内容及步骤

1.使两喇叭口面互成900。半透射板与两喇叭轴线互成450。

2.将读数机构通过它本身上带有的两个螺钉旋入底座上，使其固定在底座上。

3.插上反射板，使固定反射板的法线与接受喇叭的轴线一致，可移反射板的法钱与发射喇叭轴线一致。

4.实验时将可移反射板移到读数机构的一端，在此附近测出一个极小的位置，然后旋转读数机构上的手柄使反射扳移动，从表头上测出（n＋1）个极小值，并同时从读数机构上得到相应的位移读数，从而求得可移反射板的移动距离L。则波长

实验仪器布置如上图。

六、实验报告

七、思考题

测量波长时，介质板位置如果旋转90度，将会出现什么现象，能否准确测量波长？

依然可以产生相互干涉，但是由于第二路径的波的传播路径极长，衰减较大，所以，产生的干涉不是十分的明显。测量可能不够准确。

八、实验总结

    本次实验在上次单缝衍射实验基础上，开展了双缝衍射实验，并进行了迈克尔逊干涉实验，通过动手实践我们进一步从实践的角度验证了电磁波的物理学原理，实验中难免有一些干扰和误差，不过都是在合理的误差范围内。通过这次实验，进一步培养了我们科学严谨的实验作风，为今后的学习奠定了基础。

 

第二篇：[实验报告]单缝衍射的光强分布与缝宽测量

单缝衍射的光强分布与缝宽测量

摘要： 本文主要介绍了通过观察单缝的夫琅和费衍射现象及其随单缝宽度变化的规律，加深对光的衍射理论的理解。学习光强分布的光电测量方法。利用衍射图案测定单缝的宽度。

关键词：单缝衍射；光强分布 ；光电流；单缝缝宽

The Light intensity distribution of the Single-slit diffraction and

the Seam width determination

Abstract: The main purpose of the experiment is to observe the single slit Fraunhofer diffraction

phenomena and single slit width with change rules, deepen the understanding of light diffraction theory. Learning light intensity distribution of photoelectric measuring method. Diffraction pattern determine the width of the single slot.

Key words: Single-slit diffraction；Light intensity distribution；photo-current；the seam width

一、 引言

单缝衍射的基本解释是光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播。而所谓的夫琅禾费衍射是指光源、衍射屏和观察屏三者之间都是相距无限远的情况。即当入射光和衍射光都是平行的情况。其图案是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。与光轴平行的衍射光束是亮纹的中心，其衍射光强为极大值。除中央主极大外，两相邻暗纹之间有一次极大。位置离主极大越远，光强越小。

二、实验原理

夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可借助两个透镜来实现，如图1所示。与光轴平行的衍射光会聚于屏上处，是中央亮纹的中心，其光强设为；与光轴成θ角的衍射光束会聚于处，可以证明, 处的光强为 

图1   夫琅禾费单缝衍射光路图

 ，           （1）

式中： a为狭缝宽度，λ为单色光的波长。由上式得：

（1）当时，衍射光强有最大值。此光强对应屏幕上的P0点，称为主极大。

（2）当时，衍射光强有极小值，对应于屏上的暗纹。由于θ值实际上很小，因此可近似地认为暗纹对应的衍射角为。显然，主极大两侧暗纹之间的角宽度为，而其他相邻暗纹之间的角宽度为。

（3）除中央主极大外，两相邻暗纹之间都有一个次极大，由（1）式可求出这些次极大出现在处，对应光强依次为

夫琅禾费单缝衍射光强分布曲线如图2所示。

图2夫琅禾费单缝衍射光强分布曲线

三、实验内容

本实验使用He-Ne激光作光源，因为He-Ne激光束具有很好的方向性，光束细锐，能量集中，加之一般衍射狭缝宽度很小，故准直透镜L1可忽略不用。若将观察屏放在距单缝较远处，则聚焦透镜L2也可以忽略不用。实验中取单缝到观察屏的距离Z为1.0m左右，单缝宽度a为0.1mm到0.3mm。

1.测量夫琅禾费单缝衍射的光强分布

（1）依次将激光器、单缝、光电池（带有进光小孔）放在光具座上，单缝到观察屏的距离Z取为100.0cm。

（2）开启激光器电源，调节工作电压为5mA，预热30min，使其输出功率稳定。先用纸屏在光电池处观察衍射图样，调节光路使狭缝竖直，衍射图样沿水平方向展开。适当调节缝宽保证光电池移动时能测到级亮条纹。检流计使用×0.1档，在中央亮条纹处应有较大的示数。

（3）为使测量准确，先粗略测量级亮条纹处光电流是否相等，到中央亮条纹距离是否相等。若不相等，可微调狭缝横向位置和缝宽。

（4）先记录探测器暗电流和背景光引起的电流，以便对测量数据作出修正。旋转测距支架上的测微螺旋，使光电池进光孔从左到右驻点扫描，每隔0.5mm记录一组数据，并注意光强级大、次极大、极小的位置。

（5）根据测量数据，做光电流（在光电池线性条件下即为）与位置的关系曲线，并与理论结果比较。

2.测量单缝宽度a

由衍射光强分布曲线求单缝宽度a，并与测微目镜测量结果比较。

四、结果与讨论

1. 测量夫琅禾费单缝衍射的光强分布

2. 测量单缝宽度a

由衍射光强分布曲线可找到主极大和级次极大

由公式 式中为单色光波长， 单缝到光电池距离。

又由已知 ，测量得

得到：

故：

用测微目镜测得单缝宽度

二者相差

五、结论

夫琅禾费单缝衍射图案是一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。与光轴平行的衍射光束是亮纹的中心，其衍射光强为极大值。除中央主极大外，两相邻暗纹之间有一次极大。位置离主极大越远，光强越小。我们可以通过测量各处光电流的大小研究光强的分布，并通过光强分布的信息测量单缝宽度。

参考文献

[1]周殿清，张文炳，冯辉.基础物理实验[M]．北京：科学出版社，2009．