单缝衍射实验

题目：电磁场与微波测量实验

学院：电子工程学院

班级：xx

撰写人：xx

组内成员：xxxx一、实验目的

掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响。

二、预习内容

电磁波单缝衍射现象。

三、实验设备

1、S426型分光仪：

用于验证平面波的传播特点，包括不同媒质分界面时发生的反射和折射等诸多问题。

分光仪的部分组件名称和简要介绍如下：

2、DH1121B型三厘米固态信号源

该信号源是一种使用体效应管做震荡源的微波信号源，由振荡器、隔离器和主机组成。三厘米固态振荡器发出的信号具有单一的波长（出厂时信号调在λ=上），当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号电矢量的偏振方向是垂直的。可变衰减器用来改变微波信号幅度的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大。晶体检波器可将微波信号变成直流信号或低频信号（当微波信号幅度用低频信号调制时）。

四、实验原理

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，最强，同时也最宽。在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，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：。

五、实验步骤

1、连接好仪器，调整衍射板缝宽至70mm，将该板固定在支座上，板平面和工作平台的90刻度线一致；

2、转动小平台使固定臂的指针指向小平台的180刻度处，此时小平台的0刻度就是狭缝平面的法线方向；

3、打开三厘米固态信号源，电流表偏转一定角度，调节信号电平使表头指示接近满度；

4、记录下0度时电流表刻度，从可动臂向小圆盘方向看去，每向左旋转2度，记下一组刻度值，直到角度达到52度；

5、将可动臂旋转回0度，记下电流表数值，接下来每向右旋转2度，记下一组数值，由于旋转空间有限，我们取到了24度；

6、保持输出信号不变，调整衍射板缝宽至50mm，重复上述步骤，记录多组数据；

7、保持输出信号不变，调整衍射板缝宽至20mm，重复上述步骤，记录多组数据；

8、根据实验结果绘制出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，计算一级极小和一级极大的衍射角理论值，并与实验结果进行比较分析。

六、实验结果及分析

1、理论计算：

一级极小值为，一级极大值为，所以：

①当=70mm，λ=32mm 时，1=，1=；

②当=50mm，λ=32mm 时，2=，2=；

③当=20mm，λ=32mm 时，无实际意义，所以不存在一级

极大值和一级极小值。

2、实验数据：

缝宽角度

左侧衍射强度右侧衍射强度

70mm 50mm 20mm 70mm 50mm 20mm

0 100 55 14 100 55 14

48 12 2 3

50 5 9 0

52 2 8 2

3、衍射曲线为：

①=70mm，λ=32mm的衍射曲线：

②=50mm，λ=32mm的衍射曲线：

④=20mm，λ=32mm的衍射曲线：

由实验数据和曲线可得：

①当=70mm，λ=32mm时，左侧一级极小值28，一级极大值为

48，右侧未测得一级极大值和一级极小值；

②当=50mm，λ=32mm时，左侧一级极小值36，一级极大值为

40，右侧未测得一级极大值和一级极小值；③当=20mm，λ=32mm时，左侧一级极小值26，一级极大值为

32，右侧一级极小值10，一级极大值为18。

4、实验理论与实验结果比较分析：

①当=70mm，λ=32mm时：

衍射角度一级极小值一级极大值

理论值

实验测量值2848

由上表可知，当=70mm，λ=32mm时实验的理论值与测量值十分接近，误差较小，可以验证单缝衍射定理。

②当=50mm，λ=32mm时：

衍射角度一级极小值一级极大值

理论值

实验测量值30

由上表可知，当=50mm，λ=32mm时一级极小值的理论值与测量值十分接近，误差较小。但是一级极大值的理论值为，数值较大，超出了此次试验的测量范围，未得到理论值附近的测量结果；实际测量结果中显示极大值是40，该值是由于外界干扰引起的衍射曲线的一个小波动，不能作为一级极大值使用，所以不能验证单缝衍射定理一级极大值的求解方法是否成立。

③当=20mm，λ=32mm时：

衍射角度理论值左侧右侧一级极小值无2610

一级极大值无3218

当=20mm时，λ=32mm，对于公式无实际意义，所以不能根据单缝衍射定理求得一级极小值与极大值，在实验中表现为不能成功产生衍射现象。由衍射曲线得到的极值是无规律上下波动的结果，无法得出一级极大和一级极小对应的衍射角度。

实验结论：发生衍射现象时，在一定精度范围内，单缝衍射定理成立。

七、实验结果误差分析

①此次实验是在室内进行，各组同学进行实验操作时彼此距离较近且各组的发射天线、接收天线的方向基本一致，所以会对实验结果产生一些不可避免的干扰。

②除此之外，进行调整仪器两臂之间的角度、改变狭缝的宽度等操作时，没有精密的校准装置，较为粗略，也会引入一些误差。