单缝衍射实验

实验1单缝衍射实验

1.1 实验设置的意义

微波和光波都是电磁波，都具有波动这一共同性，即能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。因此用微波作光波波动实验所说明的波动现象及其规律是一致的。由于微波的波长比光波的波长在量级上差一万倍左右，因此用微波设备作波动实验比光学实验要更直观、方便和安全，所需要设备制造也较容易。

本实验就是用微波分光仪，演示电磁波遇到缝隙时，发生的单缝衍射现象。

1.2 实验目的

1．了解微波分光仪的结构，学会调整它并能用它进行实验。 2．进一步认识电磁波的波动性，测量并验证单缝衍射现象的规律。

1.3 实验原理

图1 单缝衍射原理

如图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

φminSin1



 ，其中

λ是波长，a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：

3

φmaxSin1

2

实验仪器布置如图2，仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽，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900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1800处，此时小平台的00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00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变20 读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单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。

图2 单缝衍射仪器配置

1.4 实验内容与测试 1.4.1 实验仪器设备

微波分光仪

1.4.2 测量内容

当设置电磁波入射到单缝衍射板上时，在接收天线上将检测到信号，通过改变接收天线的角度，得到接收微安表显示的数值。在单缝的两侧使衍射角每改变20读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单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。

1.4.3 测量方法与步骤

1．打开电源；

2．将单缝衍射板的缝宽a调整为70mm左右，将其安放在刻度盘上，

衍射板的边线与刻度盘上两个90°对齐；

3．调整发射天线使其和接收天线对正。转动刻度盘使其1800的位置正对固定臂（发射天线）的指针，转动可动臂（接收天线）使其指针指着刻度盘的0°处，使发射天线喇叭与接收天线喇叭对正； 4．依次微调发射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射强度分布的中央极大位于0°；调节发射和接收衰减器，使中央极大值的信号电平处于80—90μΑ；在500的范围内转动接收天线，观察衍射强度分布，认为分布合理后开始测量。

5．将微波分光仪的活动臂转到衍射角为－520后开始读数，衍射角每改变2°读取一次微安表的读数并作好记录，一直读到衍射角为＋52°。

6．作出单缝衍射的相对强度与衍射角的关系曲线（以衍射角为横轴，电流值IP为纵轴），确定出极大和极小衍射角的实验值。

1.5 结果分析

1.5.1.单缝衍射 (规定左侧的角度为负数,右侧为正数) 单缝宽a= 70 mm，微波波长=32mm

2、由实验数据绘制I～曲线

3、从上面的曲线可以读出一级极小和一级极大值（度），并同理论值进行比较

1.5.2单缝衍射

单缝宽a= 50 mm，微波波长=32mm 2、由实验数据绘制I～曲线

3、从上面的曲线可以读出一级极小和一级极大值（度），并同理论值

1.5.3单缝衍射

单缝宽a= 20 mm，微波波长=32mm 2、由实验数据绘制I～曲线总结：

通过本次实验，使我对衍射理解有了新的认识，最重要的是对实验误差的分析有了新的理解，想要得到准确的实验数据，不只是规范的操作步骤，还应该有对实验误差的提前判断，从而避免干扰。