北邮电磁场与电磁波实验三四五

1、精品文档实验三、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。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

2、加强的角度为：（）干涉减弱的角度为：（）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。1 欢迎下载精品文档刻度的一对线一致。 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

3、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,=32mm1) 实验测量数据右侧电流强度（ A)左侧电流强度（ A)平均电流强度（ A)0°9090901°96100982°10094973°1006180.54°983968.55°6820446°361525.57°1618178°62515.59°4382110°6522911°10503012°254233.513°4040401

4、4°48484815°56565616°557866.517°479671.518°381006919°2310061.520°109954.521°49147.522°2824223°0743724°0603025°14623.526°4241427°697.528°84629°84630°71511。2 欢迎下载精品文档31°55228.532°4985133°310051.534°

5、21005135°110050.536°110050.52) 理论分析将双缝的参数 a=40mm;b=80mm,=32mm代入方程中，得到下表：K01231（极大值）0°15.47 °32.23 °53.13 °2（极小值）7.66°23.58 °41.81 °68.96 °3) 作图分析1201008060402000°2°4°6°8° 10° 12°14°16°18°20°22

6、76;24°26°28° 30°32°34°36°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：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；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；仪器的喇叭天线有些

7、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,=32mm1）实验测量数据右侧电流强度（A)左侧电流强度（A)平均电流强度（A)。3 欢迎下载精品文档0°9090901°8510092.52°70100853°5710078.54°40100705°279862.56°1577467°1052318°440229°2301610°2281511°4321812°11452813°25493714°3845

8、41.515°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

9、76;221006136°38100692）理论分析将双缝的参数 a=30mm;b=70mm,=32mm代入方程中，得到下表：K0121（极大值）0°18.66 °39.79 °2（极小值）9.21°28.69 °53.13 °3）作图分析。4 欢迎下载精品文档10090807060504030201000 ° 2° 4° 6° 8° 10 °12 °14 °16 °18 °20 °22 °24 °

10、;26 °28 °30 °32 °34 °36 °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：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；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；仪器的喇叭天线有些松动，旋转转

11、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。5 欢迎下载精品文档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

12、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。6 欢迎下载精品文档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

13、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 。测波长。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

14、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 ）/4 。123D113.7836.2256.781D227.81222.51324.772D344.80238.64241.364波长31.01932.41734.583平均波长32.673根据测得的波长数值。2pi/L=192.2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。

15、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。7 欢迎下载精品文档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

16、是光学中的马吕斯定律： I=I 0cos2式中 I 为偏振波的强度，为I 与 I 0 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

17、刻度， 接收喇叭课程从此处读取（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，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 （ A）°0102030405060708090理论值989586.573.557.540.524.511.530。8 欢迎下载精品文档实验值96928068493518810由数据可看出， 实验值跟理论值是接近的， 相对误差基本都很小， 在误差允许范围内，所以可以认为马吕斯定律得到了验证。7. 误差分析实

18、验中可能存在仪器仪表误差，人为误差以及各组互相影响造成的误差等。但是角度比较大的时候，相对误差都比较小，也比较精准。角度比较小的时候，由于理论值较小，相对误差会大一点，但是从整体趋势来看，结果也是合理的。所以不影响我们对马吕斯定律进行验证。8. 思考题（1）垂直极化波是否能够发生全折射？为什么？给出推导过程。答：不能。垂直极化波入射在两种介质的分界面上，反射系数和折射系数分别为：对于一般介质，12 ，可以证明，垂直极化波无论是从光疏介质射入光密介质，还是从光密介质射入光疏介质， 总有，所以不可能发生全反射。沿任意方向极化的平面电磁波，以1P 入射到两种介质的分界面上时反射波中只有垂直极化波分量，利用这种方法可以产生垂直极化波。（2）本实验中，水平极化和垂直极化可以调节吗 ?平行极化波如何调节出来，自行设计实验方案 , 如何验证全折射的原理？。9 欢迎下载精品文档答：可以调节。如果喇叭天线窄边平行于地面，则称水平极化，如果喇叭天线宽边垂直于地面，则称垂直极化。验证电磁波全折射原理的实验方案：首先根据以下推导，求出。