北邮电磁场实验 单缝衍射实验.docx
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北邮电磁场实验单缝衍射实验
北京邮电大学
电磁场与微波测量实验
实验二单缝衍射实验
学院：
电子工程学院
班级：
2011211207
组员：
邹夫、马睿、李贝贝
执笔：
李贝贝
目录
1.实验内容1
1.1实验目的1
1.2实验设备1
1.3实验步骤1
2.实验原理2
3.实验数据2
3.1单缝衍射实验一2
3.1.1实验测量数据2
3.1.2理论分析3
3.1.3实验分析4
3.2单缝衍射实验二4
3.2.1实验测量数据4
3.2.2理论分析5
3.2.3实验分析5
3.3单缝衍射实验三5
3.1.1实验测量数据5
3.1.2理论分析7
3.1.3实验分析7
4.数据与误差分析7
4.1数据分析7
4.2误差分析7
4.2.1导致误差出现的可能原因7
4.2.1减小误差的方法7
5.思考题（无）8
6.实验心得与体会8
1.实验内容
1.1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.
1.2实验设备
S426型分光仪。
1.3实验步骤
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90°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，在单缝的两侧使衍射角每改变2°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。
具体步骤：
1.连接好系统，开启信号源。
2.将单缝衍射板的缝宽调整为70mm左右，将其安放在支座上，衍射板的边线与刻度盘上两个90°对齐；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。
3.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。
4.将微波分光仪的活动臂转到衍射角从衍射角0°开始，在单缝的两侧使衍射角每改变2°读取一次表头读数，并记录下来。
5.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，电流值为纵轴），确定出极大和极小衍射角的实验值。
2.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，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：
（如左图所示）
3.实验数据
3.1单缝衍射实验一
α=70㎜，λ=32㎜
3.1.1实验测量数据
角度
左侧衍射强度（uA）
右侧衍射强度（uA）
0°
100.0
100.0
2°
98.0
98.0
4°
94.0
92.0
6°
86.2
84.2
8°
70.0
66.0
10°
53.0
48.0
12°
50.0
44.0
14°
40.8
42.0
16°
39.0
38.0
18°
18.0
20°
8.0
22°
4.0
24°
2.2
26°
2.0
28°
2.0
30°
3.8
32°
4.0
34°
4.0
36°
2.0
38°
0.8
40°
3.0
42°
5.2
44°
8.0
46°
4.0
48°
3.0
50°
4.0
52°
0.8
空白部分由于仪器位置原因无法测量。
根据实验数据作图如下:
3.1.2理论分析
一级极小值
=
=27.20
一级极大值
=
=43.30
3.1.3实验分析
左
右
理论值
测量值
理论值
测量值
一级极小值
27.2°
28°
27.2°
无
一级极大值
43.3°
44°
43.3°
无
3.2单缝衍射实验二
α=50㎜，λ=32㎜
3.2.1实验测量数据
角度
左侧衍射强度（uA）
右侧衍射强度（uA）
0°
98.8
98.8
2°
96.0
94.6
4°
92.0
92.0
6°
90.0
90.0
8°
78.8
74.8
10°
70.0
68.0
12°
65.0
68.0
14°
60.2
62.0
16°
49.6
50.0
18°
40.0
20°
27.0
22°
17.0
24°
12.0
26°
18.2
28°
18.2
30°
16.0
32°
3.2
34°
0.2
36°
1.2
38°
8.0
40°
3.0
42°
0.2
44°
1.0
46°
2.0
48°
1.0
50°
0
52°
0
根据实验数据作图如下：
3.2.2理论分析
一级极小值
=
=39.8°
一级极大值
=
=73.7°
3.2.3实验分析
左
右
理论值
测量值
理论值
测量值
一级极小值
39.80
420
39.80
无
一级极大值
73.70
无
73.70
无
3.3单缝衍射实验三
α=20㎜，λ=32㎜
3.1.1实验测量数据
角度
左侧衍射强度（uA）
右侧衍射强度（uA）
0°
62.0
60.8
2°
50.2
51.0
4°
40.0
42.0
6°
46.0
46.0
8°
58.0
56.0
10°
54.0
50.0
12°
48.2
46.0
14°
42.0
40.6
16°
46.0
44.0
18°
42.0
20°
32.0
22°
26.0
24°
20.2
26°
18.2
28°
15.0
30°
23.2
32°
26.0
34°
32.0
36°
24.2
38°
12.2
40°
4.6
42°
3.8
44°
16.0
46°
30.0
48°
31.0
50°
17.0
52°
3.0
空白部分由于仪器位置原因无法测量。
根据实验数据作图如下:
3.1.2理论分析
一级极小值
=
=27.2°
一级极大值
=
=43.3°
3.1.3实验分析
左
右
理论值
测量值
理论值
测量值
一级极小值
无
无
无
无
一级极大值
无
无
无
无
4.数据与误差分析
4.1数据分析
由上述分析可知，实验数据与理论数据存在一定误差
α=70mm，λ=32mm一级极小对应衍射角的相对误差=（28-27.2）/27.2=2.94%
一级极大对应衍射角的相对误差=（44-43.3）/43.3=1.62%
α=50mm，λ=32mm一级极小对应衍射角的相对误差=（42-39.8）/39.8=5.53%
4.2误差分析
4.2.1导致误差出现的可能原因
1.电流表精确度不理想；
2.衍射角的角度间隔过大；
3.人为误差，对电流表进行读数时可能会出现误差；
4.实验环境不理想，周围声音以及人员走动都会对实验数据产生影响；
4.2.1减小误差的方法
1.可以在理论值附近减小衍射角的间隔，使间隔为1
2.对电流表进行读数时，待读数稳定后再进行读数
3.尽量保持实验环境不变
5.思考题（无）
6.实验心得与体会
通过实验一电磁波的反射与折射实验我们初步学习了S426型分光仪的使用方法，实验二是在实验一的基础上进行更进一步的学习。
通过这两个比较简单的实验，我们了解了该仪器的原理和构造，学会了如何使用该仪器。
实验开始前，我们需回顾单缝衍射的相关理论知识，对实验结果有深层次的理解。
实验数据比较复杂，读数及记数时要专心、耐心。
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