北邮电磁场与电磁波实验三四五.docx

实验三、双缝干涉实验1. 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2. 实验设备S426型分光仪3. 实验原理图一 双缝衍射原理图如图1所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，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，因此在金属板的后面空间里，将产生干涉现象当然，光通过每个缝也有衍射现象因此本实验将是衍射和干涉两者结合的结果为了主要研究来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，设b为双缝的距离，a为缝宽，a接入波长λ因此，取较大的b，则干涉强度受单缝衍射的影响小；反之，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大干涉加强的角度为：干涉加强的角度为：φ=sin-1（K∙λa+b）干涉减弱的角度为：φ=sin-1（2K+12∙λa+b）本演示实验中，只对1级极大干涉角和极小干涉角作讨论4. 实验内容与步骤仪器连接时，预先接需要调整双缝衍射板的缝宽，当该板放在支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘某一对刻线一致，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度去一次表头读数，并记录下来。

由于衍射板横向尺寸太小，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5. 实验数据与分析5.1. 双缝衍射实验 a=40mm;b=80mm,λ=32mm1) 实验测量数据φ右侧电流强度（μA)左侧电流强度（μA)平均电流强度（μA)0°9090901°96100982°10094973°1006180.54°983968.55°6820446°361525.57°1618178°62515.59°4382110°6522911°10503012°254233.513°40404014°48484815°56565616°557866.517°479671.518°381006919°2310061.520°109954.521°49147.522°2824223°0743724°0603025°14623.526°4241427°697.528°84629°84630°7151131°55228.532°4985133°310051.534°21005135°110050.536°110050.52) 理论分析将双缝的参数a=40mm;b=80mm,λ=32mm代入方程中，得到下表：K0123Φ1（极大值）0°15.47°32.23°53.13°Φ2（极小值）7.66°23.58°41.81°68.96°3) 作图分析其中，蓝色的曲线代表原始数据，绿色的离散值代表极大值，红色的离散值代表极小值。

4) 误差分析从上图可以看出，误差在5°以内，在允许的误差范围内实验验证了双缝干涉原理由表可以看出，实验数据中极大值和极小值的度数均比理论值稍大一些，有可能原因有以下几点：Ÿ 由于实验对周围环境要求较高，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，友谊很可能对度数造成了误差；Ÿ 由于双峰衍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；Ÿ 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5.2. 双缝衍射实验 a=30mm;b=70mm,λ=32mm1） 实验测量数据φ右侧电流强度（μA)左侧电流强度（μA)平均电流强度（μA)0°9090901°8510092.52°70100853°5710078.54°40100705°279862.56°1577467°1052318°440229°2301610°2281511°4321812°11452813°25493714°384541.515°466153.516°56887217°629779.518°641008219°621008120°521007621°401007022°301006523°201006024°81005425°310051.526°17236.527°03517.528°012629°04230°163.531°214832°32413.533°75430.534°1110055.535°221006136°38100692） 理论分析将双缝的参数a=30mm;b=70mm,λ=32mm代入方程中，得到下表：K012Φ1（极大值）0°18.66°39.79°Φ2（极小值）9.21°28.69°53.13°3） 作图分析 其中，蓝色的曲线代表原始数据，绿色的离散值代表极大值，红色的离散值代表极小值。

4） 误差分析从上图可以看出，误差在3°以内，在允许的误差范围内实验验证了双缝干涉原理由表可以看出，实验数据中极大值和极小值的度数均比理论值稍大一些，有可能原因有以下几点：Ÿ 由于实验对周围环境要求较高，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，友谊很可能对度数造成了误差；Ÿ 由于双峰衍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；Ÿ 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6. 思考题1) 试阐述a、b的变化对干涉产生的影响；答：由公式可知，在b较大的情况下，增大a、b会减少极大干涉角和极小干涉角的角度；反之增大当b不是较大的情况下，单缝衍射的极小可能会与双缝干涉的极大重合，导致极大消失2) 假设b趋近与0，实验结果的变化趋势将如何？答：实验结果将与单缝衍射的结果相类似实验四、迈克尔孙干涉实验1.，实验目的掌握平面波长的测量方法2.预习内容迈克尔受损干涉现象3.实验设备S426型分光仪4.实验原理迈克尔孙干涉实验的基本原理见图：在平面波前进的方向上放置成45度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受喇叭处于是接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的俩个波如果两个波的位相差为2pi,的整数倍，则干涉加强当位相差pi的奇数倍则干涉减弱因此在A处方以固定板，让B处的反射板移动，当表头从一次极小变到有一次极小时，则B处的反射板就移动L/2的距离因此有这个距离就可求得平面波的波长5.实验内容及步骤；如图2所示，是两个喇叭口互成90.半透射板与喇叭抽线互成45，将读书机构通过它本身上带上的两个螺旋入底座上，是其他固定的在底座上，再插上反射板，是固定反射板的法线与接受喇叭的抽线一直，可移动反射板的发射喇叭抽线一致实验时，将可疑反射板反射导读至机构的一端，在此附近测出一个极小的位置，然后旋转读数机上的手柄使反射板移动，从表头上移动，从表头上测出N+1个极小点，并同时从读数机上构上得到相应的位移读数，从而 L=2l/N求得可移反射板的移动距离l整机进行调整，发射天线和接收天线抽线在同一水平线上开机预热后，调整可变衰减器，是接收端收机表头接近合适的刻度，接近满偏按照图所示安装反射板，组成迈克尔孙干涉仪，透射板45°方向将A,B反射板法向方向垂直。

固定B反射板，将B板利用手柄移动到标尺的最左侧或最右侧，注意固定好开始利用两点法进行测试，旋转手柄使B反射板来回移动，测得5个最小值，记录这些最小值对应的标尺值，d1,d2,d3,d4,d5求得d5-d1,得出平面波波长2*（d5-d1）/4123D113.7836.2256.781D227.81222.51324.772D344.80238.64241.364波长31.01932.41734.583平均波长32.673l 根据测得的波长数值2pi/L=192.2l 利用频谱分析仪测量电磁波频率，计算出波长，和迈克尔孙干涉仪法测出的波长值记性比较思考题：1. 测量波长时，介质板位置如果旋转90度，将出现什么现象；能否准确测量出波长？为什么？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实验五、极化实验 1. 实验目的验证电磁波的马吕斯定理2. 预习内容线极化波的相关概念和电磁波的马吕斯定律3. 实验设备S426型分光仪4. 实验原理平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E和波长的传播方向垂直如果E在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。

在光学中也叫偏振波偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系这就是光学中的马吕斯定律：I=I0cos2φ式中I为偏振波的强度，φ为I与I0间的夹角 S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90°范围内，每隔5°有一刻度，所以接收喇叭的转角可以从此处读到5. 实验内容及步骤1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案；根据实验原理，可得设计方案：将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90°范围内，每隔5°有一刻度，接收喇叭课程从此处读取φ（以10°为步长），继而进行验证2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律实验仪器布置通过调节，使电流取一较大值，方便实验进行然后，再利用前面推导出的φ，将仪器两口（发射口、接收口）正对布置6. 实验结果及分析实验数据表格I（μA）0102030405060708090　φ°理论值989586.573.557.540.524.511.530。