单缝衍射实验.doc

实验1单缝衍射实验
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。
实验目的
,学会调整它并能用它进行实验。
,测量并验证单缝衍射现象的规律。
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,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:
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
实验内容与测试
实验仪器设备
微波分光仪
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。
测量方法与步骤
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,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;
。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;
、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。