实验九 夫琅和费单缝衍射测光波波长
实验九夫琅和费单缝衍射测光波波长
光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，当障碍物（小孔、狭缝、毛发、细针等）的线度与光的波长相差不多时，所发生的偏离直线传播的现象，即光可绕过障碍物，传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布。通常将观察屏上的不均匀光强分布称为衍射图样。
光的衍射现象是光的波动性的一种表现。无论是水波、声波或光波，当其波阵面的一部分以某种方式受到阻碍时，就会发生偏离直线传播的衍射现象。越过障碍物的波阵面的各部分因干涉而引起特定的波的强度分布叫做衍射图样。认识光的衍射规律有助于理解和掌握诸如Ｘ射线晶体结构分析、全息照相和光信息处理等现代光学实验技术。
光的衍射现象是格里麦耳地（Grimaldi，1618—1663）发现的。他用太阳光照射小孔和单缝观察到衍射现象。衍射的定量分析到１９世纪由菲涅耳完成。不久，在1821～1822年间夫琅和费（Franhofer，1787—1826）研究了平行光的衍射并推导出从衍射图样求波长的关系式。
光的衍射现象是光波动性的一个重要标志，也是光波在传播过程中的重要属性之一。光的衍射在近代科学技术中已获得了极其重要的应用。本实验仅研究单缝的夫琅禾费衍射（即平行光衍射）研究光的衍射不仅有助于加深对光的波动特性的理解，也有助于进一步学习现代光学实验技术（如光学仪器的设计、光谱学的测量与分析，晶体结构分析等）。
一、实验目的
1、观察单缝衍射现象，了解其特点，加深对光的衍射理论的理解。
2、利用单缝衍射图样测光波波长。
二、实验仪器
光学平台、He-Ne激光器、可调狭缝、测量装置
三、实验原理
1、夫琅和费单缝衍射的特点
产生夫琅和费衍射的条件，是光源和显示衍射图样的屏与衍射物（如单缝）之间的距离均为无限远或者相当于无限远，即入射光和衍射光都是平行光。平行光通过狭缝产生的衍射条纹定位于无穷远，称做夫琅和费单缝衍射。
如图9.1所示。将单色光源S放置在透镜1L的焦平面上，单色光经过透镜1L后形成一
束单色平行光垂直照射在水平放置的单缝AB上，通过单缝后的衍射光经透镜2L会聚在其焦平面（屏P）上，于是屏上呈现出平行于狭缝的明暗相间的直条纹，这就是单缝的夫琅和费衍射图样。
当光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向
发射球面子波的新波源。由子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于狭缝的明暗相间的条纹。由惠更斯菲涅耳原理可推得单缝衍射图样的光强分布规律为 2
2
sin u
I I u
=， sin a u π?
λ
=
其中，a 为单缝的宽度，?为衍射光与光轴OP 0的夹角——衍射角。
当0?=时，0I I =，对应与光轴平行的衍射光，会聚于观察屏（位于2L 的焦平面处）上的0P 处，它是中央明条纹的中心，光强最大，称为中央主极大。与光轴成?角的衍射光会聚于屏上P 处。
图9.1 夫琅和费单缝衍射光路图
当sin (1,2,3)a k k ?λ==±±±???时，u k π=，0I =，衍射光强有极小值，对应于屏上的暗条纹，与此衍射对应的位置即为暗条纹的中心。其中1,2,3k =±±±???依次为第一级暗条纹、第二级暗条纹、第三级暗条纹…，其中“±”表示各级暗条纹对称地分布在中央明条纹的两侧。
由于实际上衍射角?很小，因此有sin tg ???≈≈，故第k 级暗条纹对应的衍射角k ?满足
sin k k k a
λ??≈=
由图可知
k k k x tg f
??≈=
其中f 为透镜L 2的焦距，x k 为第n 级暗条纹中心与中央明条纹中心之间的距离 比较以上两式
k x k a f
λ=
可以推知
(1)对于任意两条相邻暗条纹，其衍射角的差值为
a
λ
，即暗条纹是以P 0为中心，等间隔
地左右对称分布的
（2）中央明纹的宽度（中央明条纹两侧的两条一级暗条纹中心间的距离）为2f
a
λ
。
而其它各级明条纹的宽度（任意两条相邻暗条纹中心间的距离）为f a
λ
，这说明中央明条
纹的宽度是其它各级明条纹宽度的两倍。
(3)对应给定波长λ的单色光，衍射角与狭缝宽度成反比关系，即狭缝宽度a 愈小，与各级条纹对应的衍射角愈大，衍射现象愈明显。反之，当a 愈大，与各级条纹对应的衍射角愈小，衍射现象愈不明显。因此，当逐渐增大缝宽a 时，各级条纹向中央收缩，条纹会愈来愈密集。当缝宽a 足够大（a λ ）时，条纹最终将无法分辨，只能观察到一条中央明条纹，衍射现象不明显，从而可以忽略不计，将光看成是沿直线传播的。 2、通过夫琅和费单缝衍射图样测光波波长
由于暗条纹容易观察，实验中通常测量暗条纹。为了便于观测，通常将狭逢竖直放置，对于中央亮条纹左边第m 级暗条纹和右边第n 级暗条纹，有
m m x m a f λ?=
=
n n x n a f
λ?=
=
所以
()m n
m n m n x x d m n a
f
f
λ
??+++=
==
其中x m 和x n 分别表示中央亮条纹左边第m 级暗条纹和右边第n 级暗条纹中心与中央明条纹中心之间的距离，d mn 表示这两条暗条纹中心之间的距离。
由上式可得
()m n ad m n f
λ=
+
由此可知只要测出单缝的宽度a ，透镜L 2的焦距f ，以及d mn 就可以算出单色光的波长
λ。当显示衍射图样的屏与单缝之间的距离L 比较远（L a ）时，透镜L 2也可省去。上式可写成
()m n ad m n L
λ=
+
四、实验内容及步骤
1、调节实验装置
根据夫琅禾费单缝衍射的要求在光学平台上布置各光学元件，在实验中，如果用散射角极小的激光器产生激光束，可配一准直系统（如倒置的望远镜）代替透镜1L，将激光扩束成平行光束，投射到宽度可调的狭缝上，并在狭缝后比较远的地方放上显示屏。这样所观察到的衍射图样就可以认为是夫琅和费衍射条纹。
图9.2 夫琅和费单缝衍射实验装置
具体步骤如下：
（1）调节激光管，使其高度合适，使激光能水平出射。
（2）开启He-Ne激光器电源，调节其工作电流合适。
（3）将单缝放在光学平台上，调节狭缝垂直。
2、定性观察单缝衍射现象
使激光束垂直照射在单缝上，观察衍射条纹的分布情况，再改变单缝与观察屏的距离，观察衍射条纹的分布（疏密）与屏距变化的关系。然后调节一个适当的屏距，使中央明纹两侧有6～8级衍射条纹。最后保持单缝位置不变，仅转动单缝面，当观察到的衍射条纹数（单位长度上的条纹数）最多时，激光束严格与单缝面垂直。
3、测量
(1)用米尺测量单缝与观察屏之间的距离L。
(2)用微尺测暗条纹中心之间的距离。调节微尺，使竖直定位红线对准中央明条纹左边第m级暗纹的中心，微尺上的读数为d m，再使竖直定位红线对准右边第n级暗纹的中心，微尺上的读数为d n，二者之差即为这两条暗条纹之间的距离d mn。调节微尺，使竖直定位红线依次对准左边第6级暗纹的中心一直到右边第6级暗纹的中心，尽量使红线对准暗纹中心读数，将数据记录于表中。注意屏的位置要放置合适，使待测条纹倒在读数范围之内。不得移出刻度尺所示的刻度范围，如已到达刻度尺一端，则不能再强行旋转。
（3）用测微目镜测单缝的宽度a。调节测微目镜的读数鼓轮，使十字叉丝的竖线与狭缝的左边缘重合，读数为a左，再使十字叉丝与狭缝的右边缘重合，读数为a右,二者之差即为缝宽a。测量五次，将数据记录于表中。注意叉丝要与缝平行。
4、定性观察地观察细丝、圆孔、矩形孔以及双缝、多缝、光栅等的衍射现象
以细丝、圆孔、矩形孔等代替单缝，观察其衍射图样，描述其特点。
5、观察白光的衍射现象
以白炽灯(或汞灯)等复色光作光源，观察单缝和其它衍射物的衍射图样，描述其特点，
并与单色光时的衍射图样作比较，看有何差异。再用滤色片获得两种不同波长的单色光，对比其对同一衍射物产生的衍射图样，并作出定性解释。
五、数据处理
表格 各级暗条纹中心位置处的读数记录
根据表中测量数据，由公式
()m n ad m n L
λ=
+
计算He-Ne 激光的波长λ，其中7=+n m ，m n d ，a 取平均值。 将计算所得波长λ与公认值=0λ663nm 比较，并计算百分误差
1000
?-=
λλλE ﹪
最后，分析实验中哪些因素可能引起误差，并且提出改进措施。
六、实验注意事项
1、实验中应使激光器与单缝的距离、单缝与显示屏的距离较大，以满足产生夫琅和费衍射的条件。通过测微目镜观察尽量使单缝竖直放置。
2、测量单缝宽度的过程中，应缓慢转动测微目镜的鼓轮，且沿一个方向转动，中途不要反向。因为丝杆与螺母的螺纹间有空隙，称为螺距差。当反向旋转时，必须转过此间隙后分划板（叉丝）才能跟着螺旋移动。所以在测量的过程中若转过了的头，必须退回几圈，再沿原方向旋转推进。不得移出刻度尺所示的刻度范围，如已到达刻度尺一端，则不能再强行旋转鼓轮。
３、点燃激光管需要直流高压，因此实验时注意不要碰到激光管上的电极，以免触电。
另外，一定不要让激光直接射入眼睛，以免强光灼伤眼睛。
七、思考题
1、什么叫夫琅和费衍射？夫琅和费衍射应符合什么条件？本实验中用He-Ne激光做光源是否满足夫琅和费衍射的条件？
2、当缝宽增加一倍时，衍射图样和条纹宽度将会怎样改变？若缝宽减半，又会怎样改变？
3、如果入射光是复色光（如白光）将会看到什么现象？
4、如果激光器输出的单色光照射在细丝上，将会产生怎样的衍射花样？如何据此测量细丝（如头发丝）的直径？
5、若在单缝和单缝到屏之间的空间区域内，充满着折射率为的某种透明介质。单缝衍射图样将有何差别？
6、假如用两种方法来记录双缝衍射的图样。一种方法是先开第一个缝使底片曝光，再关闭此缝，并打开第二个缝使使底片再次曝光；另一种方法是同时打开双缝使使底片曝光。试问这两种方法所记录的衍射图样是否相同呢？
7、矩形空衍射时，其衍射图样在垂直于矩形孔的长边方向上展的宽，还是在垂直于其短边方向上展的宽？为什么呢？
8、为什么说当显示衍射图样的屏与单缝之间的距离L比较远（L a
）时，透镜L2可省去，可以认为屏上接收到的是平行光？试推导各量所需满足的条件。
实验1 单缝衍射实验
实验1单缝衍射实验 1.1 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。 1.2 实验目的 1．了解微波分光仪的结构，学会调整它并能用它进行实验。 2．进一步认识电磁波的波动性，测量并验证单缝衍射现象的规律。 1.3 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1 Sin λ α ?=min φ ，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：1 32Sin λα???=?? ?? ?max φ 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 1.4 实验内容与测试 1.4.1 实验仪器设备 微波分光仪 1.4.2 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。 1.4.3 测量方法与步骤 1．打开DH1121B的电源； a 2．将单缝衍射板的缝宽调整为70mm左右，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； 3．调整发射天线使其和接收天线对正。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
测定夫琅禾费衍射实验
测定单缝衍射得光强分布 【教学目得】 1．观察单缝衍射现象,加深对衍射理论得理解。 ２．会用光电元件测量单缝衍射得相对光强分布,掌握其分布规律。 ３.学会用衍射法测量微小量。 【教学重点】 1.夫琅禾费衍射理论 2.夫琅禾费单缝衍射装置 3.用光电元件测量单缝衍射得相对光强分布,衍射法测量微小量 【教学难点】 夫琅禾费单缝衍射光路及光强分布规律 【课程讲授】 提问：1、缝宽得变化对衍射条纹有什么影响? 2、夫琅与费衍射应符合什么条件? 一、实验原理 光得衍射现象就是光得波动性得重要表现。根据光源及观察衍射图象得屏幕(衍射屏)到产生衍射得障碍物得距离不同，分为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射两种,前者就是光源与衍射屏到衍射物得距离为有限远时得衍射,即所谓近场衍射;后者则为无限远时得衍射，即所谓远场衍射。要实现夫琅禾费衍射,必须保证光源至单缝得距离与单缝到衍射屏得距离均为无限远(或相当于无限远）,即要求照射到单缝上得入射光、衍射光都为平行光,屏应放到相当远处,在实验中只用两个透镜即可达到此要求。实验光路如图1所示， 图１夫琅禾费单缝衍射光路图 与狭缝E垂直得衍射光束会聚于屏上P0处，就是中央明纹得中心,光强最大,设为Ｉ0，与光
轴方向成Ф角得衍射光束会聚于屏上PＡ处,P A得光强由计算可得: 式中,b为狭缝得宽度,为单色光得波长,当时,光强最大,称为主极大,主极大得强度决定于光强得强度与缝得宽度。 当，即: 时,出现暗条纹。 除了主极大之外,两相邻暗纹之间都有一个次极大,由数学计算可得出现这些次极大得位置在=±1、43π,±2、46π，±3、4７π,…,这些次极大得相对光强I/I0依次为0、047,0、0１7，0、008,… 图２夫琅禾费衍射得光强分布 夫琅禾费衍射得光强分布如图2所示。 图3 夫琅禾费单缝衍射得简化装置 用氦氖激光器作光源,则由于激光束得方向性好,能量集中,且缝得宽度b一般很小,这样就可以不用透镜L1,若观察屏(接受器）距离狭缝也较远（即D远大于b)则透镜Ｌ2也可以不用，这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图３，这时, 由上二式可得 二、实验装置
电磁波的反射及单缝衍射实验
电磁波的反射及单缝衍射 实验室名称：2301 实验时间:2017.3.20 姓名：学号: 专业: 指导教师：
45度时: 50度时: 55度时: 60度时: 65度时：
25 30 35 40 45 50 0.10.20.20.10.90.8 0.20.20.20.10.60.1 3540455055 0.10.40.20.50.1
六、实验小结 由实验结果可知，在误差允许范围内，反射角近似等于入射角。所以电磁波的反射遵循反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。由实验结果记录可知，在误差允许范围内，反射角近似等于入射角。而对于电磁波的衍射，通过分析数据和查找资料可知，当缝宽取7cm和5cm时，即缝宽大于信号源的波长λ时，电磁波可以发生衍射现象。但通过相关的计算可以得出理论上算出的衍射角和实际测量出来的衍射角大小误差不大，这些差是允许出现的，所以实际测量值可以看做是准确的。但当缝宽取2cm时，所得出的数据比较紊乱，没有规律，找不到衍射角，通过理论计算也得出错误答案。这是因为当缝宽小于波长λ时，电磁波不能发生衍射现象。从实际测得的数据来看也得出了相应的结论。另外，通过这次试验，我也熟悉了DH926B型微波分光仪的基本使用方法，同时也加深了对电磁波理论相关知识的了解，培养了自己的动手能力。 七、实验思考题 1.电磁波的反射与单色激光的反射有何相同有何不同？ 答：相同点：电磁波的反射和单色激光的反射都严格遵循反射定律。即反射角等于入射角。不同点：电磁波中包含了不同频率的波成分，能量分散，导致方向性不怎么强，即以面的形式入射。而单色激光束频率单一，能量高度集中，方向性好。即反射时以肉眼可见的光波速反射。总的来说，二者反射的外在表现形式不同，一个为“面”，一个为“线”。 2.试验中，反射角会出现几次极大值？为什么？ 答：通过实验数据可得，实验的所有角度出现1次极大值，因为在正常情况下，反射角等于入射角，所以只会出现一次极大值。 3.试验中，反射角没有严格等于入射角，为什么？ 答：因为实验存在人为误差，观测最大值时的角度偏差。由测量者在实验时摆动活动臂使得身体移动，对实验中的反射现象也造成一定的干扰。环境及周围的人数、嘈杂的声音也会影响。
物理实验报告测量单缝衍射的光强分布
实验名称：测量单缝衍射的光强分布 实验目的： a ．观察单缝衍射现象及其特点； b ．测量单缝衍射的光强分布； c ．应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽； 实验仪器： 导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WJH 型数字式检流计。 实验原理和方法： 光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。 a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域： L a 82>>λ或8 2 a L >>λ 式中：a 为狭缝宽度；L 为狭缝与屏之间的距离；λ为入射光的波长。 可以对L 的取值范围进行估算：实验时，若取m a 4 101-?≤，入射光是Ne He -激光，其波长为632.80nm ，cm cm a 26.12 ≈=λ，所以只要取cm L 20≥，就可满足夫琅和费衍射的 远场条件。但实验证明，取cm L 50≈，结果较为理想。 b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：
20 )/(sin u u I I = 式中： λ?π/)sin (a u = 暗纹条件：由上式知，暗条纹即0=I 出现在 λ?π/)sin (a u =π±=，π2±=，… 即暗纹条件为 λ?k a =sin ，1±=k ，2±=k ，… 明纹条件：求I 为极值的各处，即可得出明纹条件。令 0)/(sin 22=u u du d 推得 u u tan = 此为超越函数，同图解法求得： 0=u ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 即 0sin =?a ，π43.1±，π46.2±，π47.3±，… 可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件 2/)12(sin λ?+±k a ，1=k ，2，3，… 只是近似准确的。 单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下： ?sin 0 a /43.1π± a /46.2π± a /47.3π± I 0I 0047.0I 0017.0I 0018.0.I
利用光的衍射原理测光源的波长
利用光的衍射原理测光源的波长 一、背景知识： 光波是一种电磁波，它的频率极高，可见光波的频率在143.810?～147.710?Hz 之间，人的视觉系统对这一波段的电磁波能产生各种颜色的感觉，这样就使光学实验主要依靠人眼的观察来进行。 因为光波的本质是一种电磁波，所以与其他波段的电磁波一样，描写光波的 基本参量有波长λ，频率ν（或周期T ，1T ν=） ，位相φ,振幅A 等。 单色平面波在真空中传播到p 点位置上的光振动（μ）的数学表达式在图（1）的坐标系中如下： 2sin sin 2x x u A t A t T c c π πν??????=-=- ? ?? ????? ?? ﹙1﹚ 式中A 是光波传播到P 点处的光振动的振幅，T 为光振动的周期，（ν是频率），c 是光波在真空中的速度（c=2.9979×1010 cm/s ）， 2x t T c π ??- ??? 是光振动在P 点出t 时刻的相位。 单色光在真空中的波长0λ与周期(频率)的关系是： 0c cT λν == ﹙2﹚ 代入（1）式中得到光振动的另一种数学表达式： 00sin 2sin 2t x x u A A t T ππνλλ???? =-=- ? ???? ?
光波在介质中的波长λ与在真空的波长0λ的关系由下式决定： n λλ= （n 为光学介质的折射率） （3） 这样光波在折射率为n 的介质中光振动的表达是应为： 00sin 2sin 2sin 2t x t nx t u A A A T T T πππλλλ??????? =-=-=- ? ? ??????? （4） 式中：Δ=ｎx 称为称为光波介质中的光程。x 是光波在介质中传播的几何路程。 光是一种电磁波，光波在均匀介质中的传播，可以用波动方程来描写： 22 221t υ?ψ ?ψ=? （5） 式中ψ是波函数，υ是光波在均匀介质中传播速度。 在基础物理实验中一般应用一维波动方程， 2 22221t x ?ψ ?=?ψ?υ （6） 式中波函数()t x ,ψ=ψ，用它代表某一波面的光动。 单色的平面波或球面波的光振动与简谐振动的表达式一样，既可以用正弦函数来描写，也可以用余弦函数来描写。由于光波的频率极高，因此均匀介质中某一点光强的大小主要决定与该点光振动的振幅的平方，这样利用复数表示法就有很大的优点。 利用欧拉公式θθθsin cos i e i +=，由（4）式得： ???? ? ??-=02λπT t i Ae u （7） 这是单色平面波光振动扰动的复数表达式。 波动的传播总是伴随着能量的传递，任何波动所传递的能流密度（指单位时间内通过与波的传播方向垂直的单位面积的能量或表示为通过单位面积的功率），与振幅的平方成正比。对于电磁波，平均能流密度正比与电场强度振幅A 的平方，所以光的强度（即平均能流密度）为： 2A I ∝ （8） 在波动光学中，常把振幅的平方表征的光照强度称为光强度，即：
单缝衍射实验和电磁波反射和折射实验
电磁场与微波测量实验报告 学院：电子工程学院 班级： 组员： 撰写人： 实验一电磁波反射和折射实验 一、实验目的
1、熟悉S426型分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 四、实验内容步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器，调整系统。 仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示 两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上， 并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个 角度后放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻 线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属 板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻 度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角。 五、实验步骤 1、仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。指 示两喇叭位的指针应分别指示于工作平台的1800和刻度处。
2、将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位鞘和刻线对正支座，拉起平 台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，将支座压紧。 3、将反射金属板放在支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的900 和-900这对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。 4、转动小平台，将固定臂指针调到300～650角度之间任意一位置，这时固定 臂指针所对应刻度盘上指示的刻度就是入射角的读数。 5、开启DH1121B型三厘米固态信号源。 6、转动活动臂，当表头显示出最大指示时，活动臂指针所对应刻度盘上指示 的刻度就是反射角的读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整系统发射端 的可变衰减器，使表头指示接近满量程。 7、根据不同极化方式，连续选取几个入射角进行实验，并在表中记录反射角。 六、实验结果及分析 记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律 表格分析： （1）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。 （2）、由于仪器产生的系统误差无法避免，并且在测量的时候产生的随机误差，所以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在55度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在55度的入射角能产生最好的特性。 2、观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验 将金属换做玻璃板，观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象，自行设计实验步骤和表格，计算反射系数和透射系数，验证透射系数和反射系数相加是否等于1 。 注：初始入射光强为100uA，角度单位为:° （1）、在开始测量时把最大值设为满量程即100uA. （2）、反射最大值与折射最大值之和要大于100uA，根据分析，应该是当两喇叭天线正对时，虽然接受天线的值是100uA，但是发射天线发射的电磁波没有全部到达接受天线，所以发射天线发射的电磁波应该大于100uA。实验结果总体上证实了反射系数与折射系数的和为1。
单缝衍射实验实验报告
单缝衍射实验 一、实验目的 1.观察单缝衍射现象，了解其特点。 2.测量单缝衍射时的相对光强分布。 3.利用光强分布图形计算单缝宽度。 二、实验仪器 He-Ne激光器、衍射狭缝、光具座、白屏、光电探头、光功率计。 三、实验原理 波长为λ的单色平行光垂直照射到单缝上，在接收屏上，将得到单缝衍射图样，即一组平行于狭缝的明暗相间条纹。单缝衍射图样的暗纹中心满足条件： (1) 式中，x为暗纹中心在接收屏上的x轴坐标，f为单缝到接收屏的距离；a为单缝的宽度，k为暗纹级数。在±1级暗纹间为中央明条纹。中间明条纹最亮，其宽度约为其他明纹宽度的两倍。 实验装置示意图如图1所示。 图1 实验装置示意图 光电探头（即硅光电池探测器）是光电转换元件。当光照射到光电探头表面时在光电探头的上下两表面产生电势差ΔU，ΔU的大小与入射光强成线性关系。光电探头与光电流放大器连接形成回路，回路中电流的大小与ΔU成正比。因此，通过电流的大小就可以反映出入射到光电探头的光强大小。 四、实验内容 1.观察单缝衍射的衍射图形；
2.测定单缝衍射的光强分布； 3.利用光强分布图形计算单缝宽度。 五、数据处理 ★(1)原始测量数据 将光电探头接收口移动到超过衍射图样一侧的第3级暗纹处，记录此处的位置读数X（此处的位置读数定义为0.000）及光功率计的读数P。转动鼓轮，每转半圈（即光电探头每移动0.5mm），记录光功率测试仪读数，直到光电探头移动到超过另一侧第3级衍射暗纹处为止。实验数据记录如下： 将表格数据由matlab拟合曲线如下：
★ (2)根据记录的数据，计算单缝的宽度。 衍射狭缝在光具座上的位置 L1=21.20cm. 光电探测头测量底架座 L2=92.00cm. 千分尺测得狭缝宽度 d’=0.091mm. 光电探头接收口到测量座底座的距离△f=6.00cm. 则单缝到光电探头接收口距离为f= L2 - L1+△f=92.00cm21.20cm+6.00cm=76.80cm. 由拟合曲线可读得下表各级暗纹距离： 各级暗纹±1级暗纹±2级暗纹±3级暗纹 距离/mm 10.500 21.500 31.200 单缝宽度/mm 0.093 0.090 0.093 单缝宽度计算过程： 因为λ=632.8nm.由d =2kfλ/△Xi，得 d1=(2*1*768*632.8*10^-6)/10.500 mm=0.093mm. d2=(2*2*768*632.8*10^-6)/21.500 mm=0.090mm.
夫琅禾费衍射实验要求
夫琅禾费衍射的研究 实验仪器 半导体激光器、缝、细丝、光电元件、光屏、微动读数装置、微电流计 预习思考题 1、什么是衍射？菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射有什么区别？ 2、实验中如何调节光源、衍射物和光屏等高共轴？如何满足夫琅禾费衍射条件？ 3、实验中如何选择光电流检流计的量程？ 实验内容 一. 定性观察单缝的夫琅禾费衍射图案，记录图案的特征 1、观察单缝的衍射图案，记录图案特征。 2、观察并记录衍射图案随缝宽的变化规律。 3、改变缝到观察屏的距离，观察并记录条纹的变化情况。 二. 测量单缝衍射的光强分布曲线 1．记录狭缝零点误差。 2．选择一个缝宽，调节光路使衍射花纹清晰，对称，中央主极大宽度1cm左右，并使光电流显示最大。从中央最大向一侧测到三级极小。要求至少测20个数据。 注意：（1）缝与接收器间距应满足远场衍射条件。 （2）微电流计选择适当的档位。 （3）不要错过每一级的最亮点与最暗点。 （4）测量过程中接收器要保持只向一个方向移动，避免空转。 （5）注意同时记录光电流值和相应的位置。 3．测量缝到屏的距离。 4．从中央最大向另一侧测量，重复上述测量步骤。 5．记录光源波长λ。 6．测量缝宽： 方法（选一种）： （1） 直接读数。 （2） 用透镜成像法测量，提供钠灯，f=10cm凸透镜一个，测微目镜，自行设计光路。 三. 测量细丝的直径
用衍射的方法测量细丝的直径。 注意：避免激光直接照射探测器。 四. 数据处理（课后） 单缝衍射： 1．以sinθ为横座标，I/I0为纵座标绘制曲线。 2．利用从光强分布曲线获得的数据计算缝宽，与实际的缝宽相比较，并分析误差。 3．验证各级次极大值与中央主极大值的关系I/I0=0.047,0.017…，实验结果与此有何差距？请分析产生差距的原因。 细丝直径： 1．以sinθ为横座标，I/I0为纵座标绘制曲线。 2．利用从光强分布曲线获得的数据计算细丝直径。 注意事项 1、实验过程中按规定操作注意仪器的安全。 2、实验中调光路原则：等高共轴；先粗调，后微调。 课后问题 1、 你还能利用什么光学原理来测量细丝直径？ 2、（选做）查阅资料并结合实验中衍射现象，分析总结巴俾涅(babinet)原理。
单缝衍射与光强分布(大物实验)
实验单缝衍射及光强分布测试 光的干涉和衍射现象揭示了光的波动特性。 光的衍射是指光作为电磁波在其传播路径上如果遇到障碍物，它能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影区内传播的现象。光在衍射后产生的明暗相间的条纹或光环叫衍射图样，包括：单缝衍射、圆孔衍射、圆板衍射及泊松亮斑等。 根据观察方式的不同，通常把光的衍射现象分为两种类型。一种是光源和观察屏（或二者之一）距离衍射孔（或缝、丝）的长度有限，或者说入射波和衍射波都是球面波，这种衍射称为菲涅耳衍射，或近场衍射。另一种是光源和观察屏距离衍射孔（或缝、丝）均为无限远或相当于无限远，这时入射波和衍射波都可看作是平面波，这种衍射称为夫琅禾费衍射，或远场衍射。实际上，夫琅禾费衍射是菲涅耳衍射的极限情形。 观察和研究光的衍射不仅有助于进一步加深对光的波动理论和惠更斯—菲涅耳原理的理解，同时还有助于进一步学习近代光学实验技术，如光谱分析、晶体结构分析、全息照相、光信息处理等。衍射使光强在空间重新分布，本实验利用硅光电池等光电器件测量光强的相对分布，是一种常用的光强分布测量方法。【实验目的】 1. 观察单缝衍射现象，加深对波的衍射理论的理解。 2. 测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。 3. 学会利用衍射法测量微小量的思想和方法。 4. 加深对光的波动理论和惠更斯—菲涅耳原理的理解。 【实验原理】 1. 单缝衍射的光强分布 光线在传播过程中遇到障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长
相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。 散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝（0.1～0.3mm 宽），在狭缝后大于0.5m 的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹。由于激光束的方向性很强，可视为平行光束，因此观察到衍射条纹实际上就是夫琅禾费衍射条纹，如图1所示。 光照射在单缝上时，根据惠更斯—菲涅耳原理：把波阵面上的各点都看成子波波源，衍射时波场中各点的强度由各子波在该点相干叠加决定。即就是说单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源，由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。 图1中宽度为d 的单缝产生的夫琅禾费衍射图样，其衍射光路图满足近似条件： d D >> D x ≈ ≈θθsin 产生暗条纹的条件是： λθk d =sin （k=±1，±2，±3，…） (1) 暗条纹的中心位置为： d D K x λ = (2) 两相邻暗纹之间的中心是明纹中心； 由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为 22 s i n ββ I I = （3） d 是狭缝宽，λ是波长，D 是单缝位置到光电池位置的距离，x 是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离，其光强分布如图2所示。 d θ D x 屏 亮 暗 图1
单缝衍射实验讲义
光的衍射实验 实 验 说 明 书 北京方式科技有限责任公司
光的衍射实验 衍射和干涉一样，也是波动的重要特征之一。波在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘前进。这种偏离直线传播的现象称为波的衍射现象。波的衍射现象可以用惠更斯原理作定性说明，但不能解释光的衍射图样中光强的分布。菲涅耳发展了惠更斯原理，为衍射理论奠定了基础。菲涅耳假定：波在传播过程中，从同一波阵面上各点发出的子波，经传播而在空间相遇时，产生相干叠加。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯－菲涅耳原理 【实验目的】 1．研究单缝夫琅禾费衍射的光强分布; 2．观察双缝衍射和单缝衍射之间的异同，并测定其光强分布，加深对衍射理论的了解; 3．学习使用光电元件进行光强相对测量的方法。 【实验仪器】 缝元件、光学实验导轨、半导体激光器、激光功率指示计、白屏、大一维位移架、十二档光探头。【实验原理】 （一）产生夫琅禾费衍射的各种光路 夫琅禾费衍射的定义是：当光源S和接收屏∑都距离衍射屏D无限远（或相当于无限远）时，在接收屏处由光源及衍射屏产生的衍射为夫琅禾费衍射。但是把S和∑放在无限远，实验上是办不到的。在实验中常常借助于正透镜来实现，实际接收夫琅和费衍射的装置有下列四种。 1．焦面接收装置（以单缝衍射为例来说明，下同） 把点光源S放在凸透镜L1的前焦点上，在凸透镜L2的后焦面上接收衍射场（图1） 2．远场接收装置 在满足远场条件下，狭缝前后也可以不用透镜，而获得夫琅禾费衍射图样。远场条件是：①光源 离狭缝很远，即 λ42 a R>>，其中R为光源到狭缝的距离，a为狭缝的宽度；②接收屏离狭缝足够远，
即λ42a Z >>，Z 为狭缝与接收屏的距离。（至于观察点P ，在λ 42 a Z >>的条件下，只要要求P 满足傍 轴条件。）图2为远场接收的光路，其中假定一束平行光垂直投射在衍射屏上。 如图1所示，从光源S 出发经透镜L 1形成的平行光束垂直照射到缝宽为a 的狭缝D 上，根据惠更斯－菲涅耳原理，狭缝上各点都可看成是发射子波的新 波源，子波在L 2的后焦面上叠加形成一组明暗相间的条纹，中央条纹最亮亦最宽。 （二）夫琅禾费衍射图样的规律 1．单缝的夫琅禾费衍射 实验中以半导体激光器作光源。由于激光束具有良好的方向性，平行度很高，因而可省去准直透镜L 1。并且，若使观察屏远离狭缝，缝的宽度远远小于缝到屏的距离（即满足远场条件），则透镜L 2也可省略。简化后的光路如图3所示。实验证明，当Z 约等于100cm ，a 约等于8?10-3cm 时，便可以得到比较满意的衍射花样。 图3中，设屏幕上P 0（P 0位于光轴上）处是中央亮条纹的中心，其光强为I 0，屏幕上与光轴成θ角（θ在光轴上方为正，下方为负）的P θ处的光强为I θ,则理论计算得出： 2 20 sin β β θI I = （1） 其中 λ θ πβs i n a = 式中θ为衍射角，λ为单色光的波长，a 为狭缝宽度，由式（1）可以得到： （1） 当0=β即（0=θ）时，0I I =θ，光强最大，称为中央主极大。在其他条件不变的情况下， 此光强最大值I 0与狭缝宽度a 的平方成正比。
光的衍射计算题
《光的衍射》计算题 1. 在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两秏波长λ1和λ2，垂直入射于单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问 (1) 这两种波长之间有何关系？ (2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其他极小相重合？ 2. 波长为600 nm (1 nm=10-9 m)的单色光垂直入射到宽度为a=0.10 mm的单缝上，观察夫琅禾费衍射图样，透镜焦距f=1.0 m，屏在透镜的焦平面处．求： (1) 中央衍射明条纹的宽度?x0； (2) 第二级暗纹离透镜焦点的距离x2． 3. 在用钠光(λ=589.3 nm)做光源进行的单缝夫琅禾费衍射实验中，单缝宽度a=0.5 mm，透镜焦距f=700 mm．求透镜焦平面上中央明条纹的宽度．(1nm=10-9m) 4. 某种单色平行光垂直入射在单缝上，单缝宽a = 0.15 mm．缝后放一个焦距f = 400 mm 的凸透镜，在透镜的焦平面上，测得中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8.0 mm，求入射光的波长． 5. 用波长λ=632.8 nm(1nm=10?9m)的平行光垂直照射单缝，缝宽a=0.15 mm，缝后用凸透镜把衍射光会聚在焦平面上，测得第二级与第三级暗条纹之间的距离为1.7 mm，求此透镜的焦距． 6. (1) 在单缝夫琅禾费衍射实验中，垂直入射的光有两种波长，λ1=400 nm，λ2=760 nm (1 nm=10-9 m)．已知单缝宽度a=1.0×10-2 cm，透镜焦距f=50 cm．求两种光第一级衍射明纹中心之间的距离． (2) 若用光栅常数d=1.0×10-3 cm的光栅替换单缝，其他条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离． 7. 一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，λ1=440 nm，λ2=660 nm (1 nm = 10-9m)．实验发现，两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍射角?=60°的方向上．求此光栅的光栅常数d． 8. 一束具有两种波长λ1和λ2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长λ1的第三级主极大衍射角和λ2的第四级主极大衍射角均为30°．已知λ1=560 nm (1 nm= 10-9 m)，试求: (1) 光栅常数a＋b (2) 波长λ2 9. 用含有两种波长λ=600 nm和='λ500 nm (1 nm=10-9m)的复色光垂直入射到每毫米有200 条刻痕的光栅上，光栅后面置一焦距为f=50 cm的凸透镜，在透镜焦平面处置一屏幕，求以上两种波长光的第一级谱线的间距?x． 10. 以波长400 nm─760 nm (1 nm＝10-9 m)的白光垂直照射在光栅上，在它的衍射光谱中，第二级和第三级发生重叠，求第二级光谱被重叠的波长范围． 11. 氦放电管发出的光垂直照射到某光栅上，测得波长λ1=0.668 μm的谱线的衍射角为 ?=20°．如果在同样?角处出现波长λ2=0.447 μm的更高级次的谱线，那么光栅常数最小是多少？
电磁场实验报告
电磁场实验报告 姓名：KZY 班级：自动化1405 学号：090114050X 时间：2016年10月23日
实验名称单缝衍射实验、自由空间中电磁波参量的测量 一、实验目的 1、了解电磁波的空间传播特性 2、通过对电磁波波长、波幅和波节的测量进一步了解和认识电磁 波。 3、利用电磁波的干涉原理，研究均匀无耗媒质εr的测量方法。 4、熟悉均匀无耗媒质分界面对电磁波的反射和透射特性。 二、实验仪器设备 1、单缝衍射仪器配置 2、单缝衍射板 3、半透射板 4、全反射板 三、实验原理 1、单缝衍射原理 查阅参考书籍可知，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Фmin=sin-1λ/α。其中λ是波长，α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：Фmin=sin-1（3/2·λ/α）。 2、迈克尔逊干涉原理 由于两列波存在一定关系的波程差，两列波将发生干涉。而两列波发生干涉，存在合成振幅会出现最大与最小的情况。实验中，为了提高测量波长的精确度，测量多个极小值的位置，设S0为第一个极小值的位置吗，S n为第（n+1）个极小值的位置，L=|S n-S0|，则波长λ=2L/n。 三、实验内容与实验步骤 （1）单缝衍射实验 1、打开DH1121B的电源； 2、将单缝衍射版的缝宽α调整为70mm左右，将其安放在刻度盘上，衍射版的边线与刻度盘上两个90°对齐。
单缝衍射实验报告
单缝衍射实验报告 篇一：北邮单逢衍射实验报告 电磁场与电磁波测量实验 实验报告 学院：电子工程学院班级：20XX211204指导老师：李莉 20XX年3月 实验二单缝衍射实验 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 s426型分光仪 四、实验原理 图1单缝衍射原理 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??sin -1
? 其中?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：??sin? -1 ?3?? ??（如图所示）2??? 图2单缝衍射实验仪器的布置 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10，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。 五、实验报告 记录实验测得数据，画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。 （a）整理以上数据表格，标注一级极大、一级极小对应的角度值；
单缝衍射光强分布的测定
实验名称： 单缝衍射光强分布的测定 实验时间： 实验者： 院系： 学号： 指导教师签字： 实验目的： 1.测定单缝衍射的相对光强分布； 2.测定半导体激光器激光的波长。 实验仪器设备： 光具座 半导体激光器 可调单缝 硅光电池 光电检流器 移测显微镜 光屏 实验原理： 1. 夫琅禾费衍射 当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。 衍射通常分为两类：一类是满足衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，称为夫琅禾费衍射。 以波长为λ的单色平行光（实验用散射角极小的 激光器产生激光束）垂直通过单缝，经衍射后，在屏 上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹（夫琅禾费衍射条纹）。如图所示。根据惠更斯——菲涅耳原 理，可知 2 20 sin ββ θI I = 由θλ π βsin a = 得 220 ) s i n () s i n ( s i n λ θπλθ πθa a I I = 0I I θ叫做相对光强 暗纹条件 ) 0,,2,1(a sin =±±==θλ θI k k (θ很小，故θθθ≈≈tan sin ，) 中央明纹两侧暗条纹之间的角宽 a 2λ θ= ? 相邻两暗条纹之间角宽a λθ=?’ 0=θ时，0I I =θ，此时光强最大，为主最大。 其两侧相邻两暗条纹间都有一个次最大，角位置分别为 。，、、 a 47.3a 46.2a 43.1sin λ λλθ±±±= 相应的 008.0017.0047.00、、 =I I θ 得到单缝衍射相对光强分布曲线
电磁场及电磁波实验指导书
电磁场与电磁波实验指导书 北华航天工业学院2008.11
“电磁场与电磁波”是工科电子类专业一门重要的专业基础课。 由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，使抽象的概念和理论形象化、具体化，增强学生学习本门课程的兴趣，对学生加深理解和深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题、设计实验方案的能力等方面，具有极大的好处。 做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。 在做每个实验前，请务必阅读实验指导书和教材，弄懂实验原理，认真完成实验预习报告；做完实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。
目录 实验一电磁波反射实验 (3) 实验二单缝衍射实验 (5) 实验三双缝干涉实验 (7) 实验四迈克尔逊干涉实验 (9) 实验五偏振实验 (11) 实验六布拉格衍射实验 (12)
实验一电磁波反射实验 一、实验目的 1、熟悉分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 二、预习内容 电磁波的反射定律 三、实验设备与仪器 分光仪 四、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，我们用一块大的金属板作为障碍物，测量当电波以某一入射角投射到此金属板上的反射角，验证电磁波的反射定律。 五、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法 2、连接仪器，调整系统 如图1所示，仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的900刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射全属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应900刻度的一对刻线一致。这时小平台上的00刻度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。
单缝衍射光强分布实验报告.doc
单缝衍射光强分布 【实验目的】 1.定性观察单缝衍射现象和其特点。 2.学会用光电元件测量单缝衍射光强分布，并且绘制曲线。 【实验仪器】 【实验原理】 光波遇到障碍时，波前受到限制 而进入障碍后方的阴影区，称为衍 射。衍射分为两类：一类是中场衍 射，指光源与观察屏据衍射物为有 限远时产生的衍射，称菲涅尔衍射； 一类是远场衍射，指光源与接收屏距衍射物相当于无限远时所产生的衍射，叫夫琅禾费衍射，它就是平行光通过障碍的衍射。 夫琅禾费单缝衍射光强I =I 0 (sin β)2β2;其中β=πa sin θλ；a 为缝宽， θ为衍射角，λ为入射光波长。 上图中θ为衍射角，a 为缝宽。 仪器名称 光学导轨 激光器 接收器 数字式检流计 衍射板 型号
【实验内容】 （一）定性观察衍射现象 1.按激光器、衍射板、接收器（屏）的顺序在光节学导轨上放置仪器，调节光路，保证等高共轴。衍射板与接收器的间距不小于1m。 2.观察不同形状衍射物的衍射图样，记录其特点。 （二）测量单缝衍射光强分布曲线 1.选择一个单缝，记录缝宽，测量-2到+2级条纹的光强分布。要求至少测30个数据点。 2.测量缝到屏的距离L。 3.以sinθ为横坐标，I/I0为纵坐标绘制曲线，在同一张图中绘出理论曲线，做比较。 【实验步骤】 1.摆好实验仪器，布置光路如下图 顺序为激光器—狭缝—接收器—数字检流计，其中狭缝与出光口
的距离不大于10cm，狭缝与接收器的距离不小于1m。 2.调节激光器水平，即可拿一张纸片，对准接收器的中心，记下位置，然后打开激光器，沿导轨移动纸片，使激光器的光点一直打纸片所记位置，即光线打过来的高度要一致。 3.再调节各光学元件等高共轴，先粗调，即用眼睛观察，使得各个元件等高；再细调，用尺子量取它们的高度(狭缝的高度，激光器出光口的高度，接收器的中心)，调节升降旋钮使其等高，随后用一纸片，接到光源发出的光，以其上的光斑位置作为参照，依次移动到各个元件前，调节他们的左右(即调节接收器底座的平移螺杆，狭缝底座的平移螺杆)高低，使光线恰好垂直照到元件的中心。 4.调节狭缝宽度，使光束穿过，可见衍射条纹，调节宽度，使条纹中心亮纹的宽度约为5mm，且使得条纹最亮，而数字检流计的读数最大，经过上述调节后，上述任何一个旋钮的改变都会使读数变小。 5.测量光强，先遮住接收器的光探头，选择合适的档位，并对读数进行调零，(若不能调零，则记下该处误差，在得到实验数据后减去)，若在测量过程中需要换挡，则换挡需要调零。调节接收器底座的平移螺杆，观察检流计的读数，能够观察到第三暗纹的出现，单方向转动手轮，沿x方向每次转动，从左侧第三级暗条纹一直测到右边第三级暗纹，记录光电流大小和坐标位置。 6.记录缝宽和测量缝到光探头的距离。 【注意事项】
单缝衍射光强的分布测量实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除单缝衍射光强的分布测量实验报告 篇一：衍射光强分布测量 衍射光强分布测量 ***，物理学系 摘要： 本实验利用激光为光源研究激光经过单缝与单丝时的衍射光强度分布情况。激光的高准直性符合夫琅和费远场条件，且高单色性保证测量时没有不同波长光的叠加影响。光感应器方面使用光栅尺与电脑连接做0.02毫米/点的高精度自动扫描。通过巴比涅原理迂回得到了没有直射光时单丝的衍射光强分布，完整验证了运用衍射光强分布来测量小微物体的长度的方法和可行性，并实际运用此法测量了铜丝和头发丝的直径。 关键词：衍射分布巴比涅原理单缝直径测量 ThemeasurementoftheDistributionofLightDiffraction YixiongKeYiLin,Departmentofphysics
Abstarct： Thisexperimentmadeuseoflaserasthelightsourcetoverif yaseriesofdiffractionpatternsof633nmlaserviadiffere ntsingleslitsandmonofilaments.Thecollimationfeature ofthelasermeetstheconditionofFraunhoferdiffraction, themonochromicfeatureoflaserprovideabetterexperimen talenvironmentthatthediffractionpatternwon`tbeinter ferebythelightofotherwavelength.weuselinearencorder connectedtopcviauLI(universalLaboratoryInterface)as thesensortoautomaticallyscanthediffractionpatternwi ththeratioof0.02mmperdot.weusebabinet’sprincipletogetthediffractionpatternofamonofilament https://www.wendangku.net/doc/ff8548983.html,p letelyverifiedthemethodandfeasibilityofmeasuringati nyobjectwithitsdiffractionpattern.Inaddition,wetryt omeasurethediameterofacopperwireandpeople’shairinthisway Keywords:Diffractiondistributionbabinet`sprinciples ingleslitsmeasureDiameterofthewire 1