单缝衍射实验.doc

电磁场与微波测量实验报告实验二单缝衍射实验题目：电磁场与微波测量实验学院：电子工程学院班级：XX撰写人：XX组内成员：XXXX一、 实验目的掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响二、 预习内容电磁波单缝衍射现象三、 实验设备1、S426型分光仪：用于验证平面波的传播特点，包括不同媒质分界面时发生的反射和折 射等诸多问题分光仪的部分组件名称和简要介绍如下：序号名称功能及介绍1分度转台将接收天线、反射板旋转 定角度并读出刻度值2喇叭天线用于产生和接收垂直极化波3可变衰减器改变微波信号幅度大小，避免反射4单缝板缝隙宽度可调5晶体检波器将波导中的电场强度转换为同轴线中的电流6读数机构一个电流表，用于显示同轴线中的电流值大小7支座、支架仪器的基本组成部分2、DH1121B型三厘米固态信号源该信号源是一种使用体效应管做震荡源的微波信号源， 由振荡器、隔 离器和主机组成三厘米固态振荡器发出的信号具有单一的波长 （出 厂时信号调在入二上），当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时， 发射 信号电矢量的偏振方向是垂直的可变衰减器用来改变微波信号幅度 的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大。

晶体检 波器可将微波信号变成直流信号或低频信号 （当微波信号幅度用低频 信号调制时）四、实验原理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并不是均匀的，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，此时衍射角为0二£i门一—，其中入是波长， □是狭缝宽度两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射 波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为： 0 二 sin - H）五、实验步骤1、 连接好仪器，调整衍射板缝宽至 70mm将该板固定在支座上，板 平面和工作平台的90刻度线一致；2、 转动小平台使固定臂的指针指向小平台的 180刻度处，此时小平 台的0刻度就是狭缝平面的法线方向；3、 打开三厘米固态信号源，电流表偏转一定角度，调节信号电平使 表头指示接近满度；4、 记录下0度时电流表刻度，从可动臂向小圆盘方向看去，每向左 旋转2度，记下一组刻度值，直到角度达到 52度；5、 将可动臂旋转回0度，记下电流表数值，接下来每向右旋转 2度,记下一组数值，由于旋转空间有限，我们取到了 24度；6、 保持输出信号不变，调整衍射板缝宽至 50mm重复上述步骤，记 录多组数据；7、 保持输出信号不变，调整衍射板缝宽至 20mm重复上述步骤，记 录多组数据；8根据实验结果绘制出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，计算一 级极小和一级极大的衍射角理论值，并与实验结果进行比较分析。

六、实验结果及分析1、理论计算：一级极小值为忙-一 .，一级极大值为H ■ 7 I r ・，所 以：① 当口 =70mm 入=32mn时，＜3i=,e 1=；② 当口 =50mm 入=32mn时，IZ>2=,e 2=；③当0 =20mm入=32mm时，令＞ 1，无实际意义，所以不存在一级 极大值和一级极小值2、实验数据：缝宽左侧衍射强度右侧衍射强度角度70mm50mm20mm70mm50mm20mm010055141005514298551310057164965515965720690572086511888055207440101064491561315125639105130614503284432816443110423511183027123834142014221024241022414881022428425026252280653016932141034218362043822240067420416444118461101248122350590522823、衍射曲线为：① a =70mm入=32mn!勺衍射曲线:2000 2 4 6 8 10 U 14 16 13 20 22 24 26 朋 30 32 M 36 北 4Q A2 44 肠耶同畀祈射用度 左刪衍射强度 右他衍射强展a=50mm入=32mm勺衍射曲线:10 12 14 16 la 20 2Z 24 26 23 30 32 34 35 北啊 42 轴舫盟 50 52 祈射角度 左刪衍射强度 右创衍射强段④a =20mm入=32mn!勺衍射曲线:8 10 11 14 15 1S 20 22 24 26 25 30 32 34 36 3fl 0<] 42 44 46 阴 50 52祈射莆度 左他衍射强度 右测衍射强展由实验数据和曲线可得：① 当a =70mm入=32mr时，左侧一级极小值28，一级极大值为48 ,右侧未测得一级极大值和一级极小值；② 当a =50mm入=32mr时，左侧一级极小值36，一级极大值为40’，右侧未测得一级极大值和一级极小值;，一级极大值为32③ 当」=20mm入=32mr时，左侧一级极小值26右侧一级极小值10"，—级极大值为184、实验理论与实验结果比较分析：①当 a =70mm 入=32mnS寸：衍射角度一级极小值一级极大值理论值<5实验测量值28°48°由上表可知，当a =70mm入=32mm时实验的理论值与测量值十分接 近，误差较小，可以验证单缝衍射定理。

② 当 a =50mm 入=32mnS寸：衍射角度一级极小值一级极大值理论值073, T实验测量值3640由上表可知，当a =50mm入=32mm时一级极小值的理论值与测量值 十分接近，误差较小但是一级极大值的理论值为"，数值较大，超 出了此次试验的测量范围，未得到理论值附近的测量结果；实际测量 结果中显示极大值是 40“，该值是由于外界干扰引起的衍射曲线的 一个小波动，不能作为一级极大值使用，所以不能验证单缝衍射定理 一级极大值的求解方法是否成立③ 当 o =20mm 入=32mn8寸：衍射角度理论值左侧右侧一级极小值无262一级极大值无3218’当口 =20mnS寸，口 ＜入=32mm对于公式无实际意义，所以不能根据 单缝衍射定理求得一级极小值与极大值， 在实验中表现为不能成功产生衍射现象由衍射曲线得到的极值是无规律上下波动的结果， 无法得出一级极大和一级极小对应的衍射角度实验结论：发生衍射现象时，在一定精度范围内，单缝衍射定理成立七、实验结果误差分析① 此次实验是在室内进行，各组同学进行实验操作时彼此距离较近且 各组的发射天线、接收天线的方向基本一致，所以会对实验结果产生 一些不可避免的干扰。

② 除此之外，进行调整仪器两臂之间的角度、改变狭缝的宽度等操作 时，没有精密的校准装置，较为粗略，也会引入一些误差。