实验三双缝干涉实验.pdf

实验三 双缝干涉实验 一、实验目的 1、进一步了解电磁波衍射的基本现象；2、观察缝与缝之间的电磁干涉现象。二、实验原理 由惠更斯菲涅耳原理，包括电磁波在内的一切波都有干涉的特性。如图所示当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，则每一条狭缝就是次级波波源。由同一波源到达两缝后发出的次级波是相干波，因此在金属板的后面空间中，将产生干涉现象，即产生等间隔的、明暗相间的、平行的干涉条纹。相关公式如下：11*sin21*sinkkabkkab=12+=12+干涉加强：，（）干涉减弱：，2*(）当然，通过每个缝时也有实验二讨论过的衍射现象。因此本实验将是衍射和干涉两者结合的结果。三、实验步骤及注意事项 双缝干涉实验系统布置同实验二单缝衍射实验相同，仅将微波分光仪小平台上的单缝衍射板用双缝干涉板代替即可。调整过程也相同。将双缝干涉板的缝宽和缝间距调整好之后，实验步骤也跟实验二一样！注意事项也一样。此外，由于干涉板横向尺寸小，所以当缝间距 b 取得较大时，为了避免接收喇叭天线直接收到发生喇叭天线的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应尽量小些。四、实验内容及结果讨论 工作频率 f9.40GHz，工作波长3.19cm，变化缝隙宽度 a 和缝间距 b，测定a/1.5、1.3、1.1，b/a5/4、6/4、7/4 的干涉实验，实验数据及曲线如下 b a a 波长（cm）缝宽 a（cm）a/缝间距 b（cm）b/a 0 级极小干涉角 1 级极大干涉角 曲线 理论值 测量值 理论值 测量值 3.19 4.785 1.5 5.981 5/4 8.519824 8.0 17.235698 18.0 (1)7.178 6/4 7.661934 7.0 15.465348 16.0 (2)8.374 7/4 6.961930 6.0 14.029394 15.0 (3)4.147 1.3 5.184 5/4 9.842221 9.0 19.990918 20.0 (4)6.22 6/4 8.850314 8.0 17.921107 18.0 (5)7.257 7/4 8.039931 8.0 16.243877 17.0 (6)3.509 1.1 4.386 5/4 (7)5.264 6/4 10.475078 10.0 21.322412 22.0 (8)6.141 7/4 9.513790 9.0 19.303373 20.0 (9)分析实验数据以及实验曲线图 1，可以得到如下结论：1、在波长和 a 不变的情况下，随着 b 增大，1 级极大干涉角和 0 级极小干涉角减小。与干涉的公式一致。体现在实验曲线上，将（1）（2）（3）对比，随着 b增大，衍射峰向左靠。（4）（5）（6）一组，（8）（9）一组，均可验证。在波长和 b/a 不变的情况下，随着 a 减小，1 级极大干涉角和 0 级极小干涉角增大。也与干涉的公式一致。体现在实验曲线上，将（2）（5）（8）对比，随着 a 减小，衍射峰向右靠。（3）（6）（9）一组，（1）（4）一组，均可验证。因此，干涉角的大小与 a、b 的大小成反比，验证了干涉公式。2、双缝干涉现象中，受到衍射现象的干扰。首先是 b 的取值对实验曲线的影响。观察曲线（1）（2）（3）可见，b 越大，实验曲线越接近干涉现象。（4）（5）（6）一组，（8）（9）一组，均可验证。其次是 a 的取值对实验曲线的影响。观察曲线（2）（5）（8）可见，a 越小，实验曲线越接近干涉现象。（3）（6）（9）一组，（1）（4）一组，均可验证。最后将实验曲线（9）与曲线（1）作对比。（9）是比较完美的干涉现象曲线，其 a 越小，尽量地接近波长，这时单缝的一级极小/极大衍射角比较大；而其b 较大，使得 0/1 级干涉角比较小；这样，干涉强度受单缝衍射的影响小。对比曲线（1）刚好相反，其实验曲线也与干涉现象所描述的相差甚远，双缝干涉与单缝衍射并存。3、观察图 2，该曲线为曲线（9），误差允许，其与干涉现象描述的一致：等间隔的、明暗相间的、平行的干涉条纹 4、误差来源主要有：（1）与实验二有相同的误差来源，由系统设置、实验步骤的不精准产生。（2）干涉板较小，可能使接收喇叭天线的发射波或从板的边缘过来的信号，而产生误差。图 1 实验曲线 图 2 双缝干涉现象 五、心得体会 1、检索 internet 相关资料，简述电磁波/光波干涉现象的应用。干涉现象在科学研究和技术领域有着非常广泛的应用价值。例如，对于光的干涉现象，（1）检测精密零件的平整程度。在零件表面涂上一层透明的薄膜或在其表面放上一个透明的标准片（标准片与零件表面留有一层楔形空气薄膜），再让单色光从上面照射，光在上下两个表面反射出来，产生干涉条纹，以此来检测零件表面的平整度。（2）测光的波长或比较光的波长。光在发生干涉时，它的条纹间距随波长的增大而增大，因此我们可以利用这一特性，测光的波长和比较不同光源产生的光波波长。（3）此外，利用光的干涉现象可以测量微小的厚度（与光波波长同量级的厚度）、测量曲面的曲率半径、研究零件的内应力分布和增透膜高反膜等的应用。而对于产生干涉的电磁波，由于其包含了传播途径的大量信息，故在现代遥感遥测、智能天线、相控技术等现代科技、军事中得到了广泛的应用。2、什么时候衍射与干涉共存（相当）？你认为干涉信号主要包含了什么信息？干涉和衍射现象在本质上都是波的相干叠加产生的能量（强度）的分布样图。在双缝干涉实验中，当 a 与波长相当时，就存在衍射现象。当 b 过大时，因为双缝相隔较远，所以干涉现象将不明显。当 b 过小时（对a 而言可忽略时）两个小孔可看为一个宽度为 2a 的小孔，存在衍射现象，干涉现象也不明显。因此，只有当 a 与波长相当、取值较大时，取较小的 b，可以观察到衍射与干涉共存的现象。（如四 2 中的讨论）干涉信号主要包括了光的波长、强度、相位以及传播途径的大量信息。