北郵電磁場與電磁波實驗三四五

1、實驗三、雙縫干涉實驗1. 實驗目的掌握來自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的影響。2. 實驗設備S426型分光儀3. 實驗原理圖一 雙縫衍射原理圖如圖1所示，當一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹縫上，則每一條狹縫就是次級波波源。由兩縫發(fā)出的次級波是相干波，因此在金屬板的后面空間里，將產生干涉現象。當然，光通過每個縫也有衍射現象。因此本實驗將是衍射和干涉兩者結合的結果。為了主要研究來自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的結果，設b為雙縫的距離，a為縫寬，a接入波長。因此，取較大的b，則干涉強度受單縫衍射的影響?。环粗?，當b較小時，干涉強度受單縫衍射影響大。干涉加強的角度為：干涉加強的角度為：=sin-1（

2、Ka+b）干涉減弱的角度為：=sin-1（2K+12a+b）本演示實驗中，只對1級極大干涉角和極小干涉角作討論。4. 實驗內容與步驟儀器連接時，預先接需要調整雙縫衍射板的縫寬，當該板放在支座上時，應使狹縫平面與支座下面的小圓盤某一對刻線一致，此刻線應與工作平臺上的90刻度的一對線一致。轉動小平臺使固定臂的指針在小平臺的180處，此時小平臺的0就是狹縫平面的法線方向。這時調整信號電平使表頭指示接近滿度。然后從衍射角0開始，在雙縫的兩側使衍射角每改變1度去一次表頭讀數，并記錄下來。由于衍射板橫向尺寸太小，所以當b取得較大時，為了避免接收喇叭直接收到發(fā)射喇叭的發(fā)射波或通過板的邊緣過來的波，活動臂的轉

3、動角度應小些。5. 實驗數據與分析5.1. 雙縫衍射實驗 a=40mm;b=80mm,=32mm1) 實驗測量數據右側電流強度（A)左側電流強度（A)平均電流強度（A)0909090196100982100949731006180.54983968.556820446361525.57161817862515.594382110652291110503012254233.513404040144848481556565616557866.517479671.5183810069192310061.520109954.52149147.52228242230743724060302514623.

4、5264241427697.5288462984630715113155228.5324985133310051.53421005135110050.536110050.52) 理論分析將雙縫的參數a=40mm;b=80mm,=32mm代入方程中，得到下表：K01231（極大值）015.4732.2353.132（極小值）7.6623.5841.8168.963) 作圖分析其中，藍色的曲線代表原始數據，綠色的離散值代表極大值，紅色的離散值代表極小值。4) 誤差分析從上圖可以看出，誤差在5以內，在允許的誤差范圍內。實驗驗證了雙縫干涉原理。由表可以看出，實驗數據中極大值和極小值的度數均比理論值稍大

5、一些，有可能原因有以下幾點： 由于實驗對周圍環(huán)境要求較高，而實驗室人太多，導致反射過多，手臂的晃動對度數的大小都有影響，友誼很可能對度數造成了誤差； 由于雙峰衍射板的度數不是很精確，調雙縫寬度的時候可能造成較大的誤差； 儀器的喇叭天線有些松動，旋轉轉動臂時可能因晃動而造成誤差。5.2. 雙縫衍射實驗 a=30mm;b=70mm,=32mm1） 實驗測量數據右側電流強度（A)左側電流強度（A)平均電流強度（A)090909018510092.52701008535710078.5440100705279862.5615774671052318440229230161022815114321812

6、1145281325493714384541.515466153.51656887217629779.51864100821962100812052100762140100702230100652320100602481005425310051.52617236.52703517.52801262904230163.53121483232413.53375430.5341110055.53522100613638100692） 理論分析將雙縫的參數a=30mm;b=70mm,=32mm代入方程中，得到下表：K0121（極大值）018.6639.792（極小值）9.2128.6953.133）

7、作圖分析 其中，藍色的曲線代表原始數據，綠色的離散值代表極大值，紅色的離散值代表極小值。4） 誤差分析從上圖可以看出，誤差在3以內，在允許的誤差范圍內。實驗驗證了雙縫干涉原理。由表可以看出，實驗數據中極大值和極小值的度數均比理論值稍大一些，有可能原因有以下幾點： 由于實驗對周圍環(huán)境要求較高，而實驗室人太多，導致反射過多，手臂的晃動對度數的大小都有影響，友誼很可能對度數造成了誤差； 由于雙峰衍射板的度數不是很精確，調雙縫寬度的時候可能造成較大的誤差； 儀器的喇叭天線有些松動，旋轉轉動臂時可能因晃動而造成誤差。6. 思考題1) 試闡述a、b的變化對干涉產生的影響；答：由公式可知，在b較大的情況下，

8、增大a、b會減少極大干涉角和極小干涉角的角度；反之增大。當b不是較大的情況下，單縫衍射的極小可能會與雙縫干涉的極大重合，導致極大消失。2) 假設b趨近與0，實驗結果的變化趨勢將如何？答：實驗結果將與單縫衍射的結果相類似。實驗四、邁克爾孫干涉實驗1.，實驗目的掌握平面波長的測量方法2.預習內容邁克爾受損干涉現象3.實驗設備S426型分光儀4.實驗原理邁克爾孫干涉實驗的基本原理見圖：在平面波前進的方向上放置成45度的半透射板。由于該板的作用，將入射波分成兩束波，一束向A方向傳播，另一束向B方向傳播。由于A,B處全反射板的作用，兩列波就再次回到半透射板并到達接受喇叭處。于是接收喇叭收到兩束同頻率，振

9、動方向一致的倆個波。如果兩個波的位相差為2pi,的整數倍，則干涉加強。當位相差pi的奇數倍則干涉減弱。因此在A處方以固定板，讓B處的反射板移動，當表頭從一次極小變到有一次極小時，則B處的反射板就移動L/2的距離。因此有這個距離就可求得平面波的波長。5.實驗內容及步驟；如圖2所示，是兩個喇叭口互成90.半透射板與喇叭抽線互成45，將讀書機構通過它本身上帶上的兩個螺旋入底座上，是其他固定的在底座上，再插上反射板，是固定反射板的法線與接受喇叭的抽線一直，可移動反射板的發(fā)射喇叭抽線一致。實驗時，將可疑反射板反射導讀至機構的一端，在此附近測出一個極小的位置，然后旋轉讀數機上的手柄使反射板移動，從表頭上移

10、動，從表頭上測出N+1個極小點，并同時從讀數機上構上得到相應的位移讀數，從而 L=2l/N求得可移反射板的移動距離l。測波長。整機進行調整，發(fā)射天線和接收天線抽線在同一水平線上。開機預熱后，調整可變衰減器，是接收端收機表頭接近合適的刻度，接近滿偏。按照圖所示安裝反射板，組成邁克爾孫干涉儀，透射板45方向。將A,B反射板法向方向垂直。固定B反射板，將B板利用手柄移動到標尺的最左側或最右側，注意固定好。開始利用兩點法進行測試，旋轉手柄使B反射板來回移動，測得5個最小值，記錄這些最小值對應的標尺值，d1,d2,d3,d4,d5求得d5-d1,得出平面波波長2*（d5-d1）/4。123D113.78

11、36.2256.781D227.81222.51324.772D344.80238.64241.364波長31.01932.41734.583平均波長32.673l 根據測得的波長數值。2pi/L=192.2l 利用頻譜分析儀測量電磁波頻率，計算出波長，和邁克爾孫干涉儀法測出的波長值記性比較。思考題：1. 測量波長時，介質板位置如果旋轉90度，將出現什么現象；能否準確測量出波長？為什么？依然可以產生相互干涉，但是由于第二路徑的波的傳播路徑極長，衰減較大，所以，產生的干涉不是十分的明顯。測量可能不夠準確。實驗五、極化實驗1. 實驗目的驗證電磁波的馬呂斯定理2. 預習內容線極化波的相關概念和電磁波

12、的馬呂斯定律3. 實驗設備S426型分光儀4. 實驗原理平面電磁波是橫波，它的電場強度矢量E和波長的傳播方向垂直。如果E在垂直于傳播方向的平面內沿著一條固定的直線變化，這樣的橫電磁波叫線極化波。在光學中也叫偏振波。偏振波電磁場沿某一方向的能量有一定關系。這就是光學中的馬呂斯定律：I=I0cos2式中I為偏振波的強度，為I與I0間的夾角。 S426型分光儀兩喇叭口面互相平行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉短波導連在一起的；在該軸承環(huán)的90范圍內，每隔5有一刻度，所以接收喇叭的轉角可以從此處讀到。5. 實驗內容及步驟1設計利用S426型分光儀驗證電磁波馬呂斯定律的方案；

13、根據實驗原理，可得設計方案：將S426型分光儀兩喇叭口面互相平行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉短波導連在一起的；在該軸承環(huán)的90范圍內，每隔5有一刻度，接收喇叭課程從此處讀?。ㄒ?0為步長），繼而進行驗證。2根據設計的方案，布置儀器，驗證電磁波的馬呂斯定律。實驗儀器布置通過調節(jié)，使電流取一較大值，方便實驗進行。然后，再利用前面推導出的，將儀器兩口（發(fā)射口、接收口）正對布置。6. 實驗結果及分析實驗數據表格I（A）0102030405060708090理論值989586.573.557.540.524.511.530實驗值96928068493518810由數據可看

14、出，實驗值跟理論值是接近的，相對誤差基本都很小，在誤差允許范圍內，所以可以認為馬呂斯定律得到了驗證。7. 誤差分析實驗中可能存在儀器儀表誤差，人為誤差以及各組互相影響造成的誤差等。但是角度比較大的時候，相對誤差都比較小，也比較精準。角度比較小的時候，由于理論值較小，相對誤差會大一點，但是從整體趨勢來看，結果也是合理的。所以不影響我們對馬呂斯定律進行驗證。8. 思考題（1）垂直極化波是否能夠發(fā)生全折射？為什么？給出推導過程。答：不能。垂直極化波入射在兩種介質的分界面上，反射系數和折射系數分別為： 對于一般介質，可以證明，垂直極化波無論是從光疏介質射入光密介質，還是從光密介質射入光疏介質，總有，所以不可能發(fā)生全反射。沿任意方向極化的平面電磁波，以入射到兩種介質的分界面上時反射波中只有垂直極化波分量，利用這種方法可以產生垂直極化波。（2）本實驗中，水平極化和垂直極化可以調節(jié)嗎?平行極化波如何調節(jié)出來，自行設計實驗方案,如何驗證全折射的原理？答：可以調節(jié)。如果喇叭天線窄邊平行于地面，則稱水平極化，如果喇叭天線寬邊垂直于地面，則稱垂直極化。驗證電磁波全折射原理的實驗方