電磁場與微波測量實驗報告(一)

1、電磁場與微波測量實驗報告（一）學(xué)院： 班級： 組員一：學(xué)號：組員二：學(xué)號：實驗一：電磁波反射和折射實驗一， 實驗?zāi)康?、熟悉S426型分光儀的使用方法。2、掌握分光儀驗證電磁波反射定律的方法。 3、掌握分光儀驗證電磁波折射定律的方法。二， 實驗設(shè)備與儀器S426型分光儀三， 實驗原理電磁波在傳播過程中如遇到障礙物，必定要發(fā)生反射，本處以一塊大的金屬板作為障礙物來研究當(dāng)電磁波以某一入射角投射到此金屬板上所遵循的反射定律，即反射線在入射線和通過入射點的法線所決定的平面上，反射線和入射線分居在法線兩側(cè)，反射角等于入射角。驗證均勻平面波在無耗媒質(zhì)中的傳播特性；均勻平面波垂直入射理想電解質(zhì)表面的傳播特性

2、。四， 實驗內(nèi)容與步驟1、熟悉分光儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)整方法。 2、連接儀器，調(diào)整系統(tǒng)。如下頁圖1所示，儀器連接時，兩喇叭口面應(yīng)互相正對，他們各自的軸線應(yīng)在一條直線上。指示兩喇叭的位置的指針分別指于工作平臺的90刻度處，將支座放在工作平臺上，并利用平臺上的定位銷和刻線對正支座（與支座上刻線對齊）拉起平臺上四個壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個角度放下，即可壓緊支座。 3、測量入射角和反射角反射金屬板放到支座上時，應(yīng)使金屬板平面與支座線面的小圓盤上的某一對刻線一致。而把帶支座的金屬反射板放到小平臺上時，應(yīng)使圓盤上的這對與金屬板平面一致的刻線與小平臺上相應(yīng)90刻度的一對刻線一致。這時小平臺上的0刻度就與金屬板的法線方向一致

3、。轉(zhuǎn)動小平臺，使固定臂指針指在某一角度處，這角度的讀數(shù)就是入射角，然后轉(zhuǎn)動活動臂在電流表上找到最大指示處，此時活動臂的指針所指的刻度就是反射角。如果此時表頭指示太呆或太小，應(yīng)調(diào)整衰減器、固態(tài)振蕩器或晶體檢波器，使表頭指示接近滿量程。4、注意：做此項實驗，入射角最好取30至65度之間。因為入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。注意系統(tǒng)的調(diào)整和周圍環(huán)境的影響。圖1：反射實驗儀器的布置五， 實驗數(shù)據(jù)與處理1， 金屬板實驗：實驗數(shù)據(jù)及處理如下表入射角（度）3035404550556065反射角（度）左側(cè)31834.540.145.9525656368右側(cè)29.336.139.243.847.5525

4、8.1 63平均值（度）30.5535.339.6544.8549.7554.2560.5565.5入射角與反射角絕對差值（度）0.550.30.350.150.150.750.550.52， 觀察介質(zhì)板（玻璃板）上的反射和折射實驗：實驗數(shù)據(jù)及處理如下表入射波強對應(yīng)的電流值：72A入射角（度）3035404550556065反射角（度）3338414652576166折射角（度）2934384245485658反射電流強度（A）1021273638363438折射電流強度（A）7067635345434037反射系數(shù)平方0.1380.2920.3750.50.5280.50.4720.528透

5、射系數(shù)平方0.9720.930.8750.7360.6250.5970.5560.514反射、透射系數(shù)平方之和1.111.2221.251.2361.1531.0971.0281.041六， 實驗誤差分析根據(jù)電磁波在金屬板與玻璃板反射實驗結(jié)果可以看到，反射與折射大體上遵循反射和折射定律，但與理論值存在一定偏差，主要表現(xiàn)在：各個角度的反射實驗中反射角與入射角有一定差異；玻璃板的反射與折射實驗中反射、透射系數(shù)相加并不為1，且均比1大，我們認為這些差異主要由于以下實驗誤差引起。1.放置金屬板、玻璃板時板面與小平臺上90度刻線無法完全一致；2.讀取電流值時由于指針時常擺動造成讀數(shù)不準；3.入射角較大時

6、接收到的反射電磁波可能已部分直接來源于入射源；4.實驗中來自其他實驗組的儀器干擾；5.實驗員實驗過程中身體活動帶來一定干擾；6.其他實驗誤差。七， 思考題1.在衰減器旁邊的螺釘有什么作用？衰減器旁有兩個螺釘，其中一個控制衰減程度，另一個調(diào)整喇叭天線高度。2，電磁波的反射和激光的反射有何相同之處以及不同之處。 相同之處是兩者都遵循電磁波的反射定律；不同之處在于電磁波的反射波聚攏度較低，分散較大，互相存在干擾，而激光的聚攏度很高，實驗結(jié)果更為精確。3，測量反射角過程中，出現(xiàn)幾次極大值？為什么。 兩次，因為反射波聚攏度低，傳輸過程中分散成更小波束，相互之間會產(chǎn)生干涉，因此會出現(xiàn)兩次峰值。4，透射系數(shù)

7、和反射系數(shù)相加是否等于1？為什么，進行誤差分析。 不等于，略大于1，主要是一方面電流表測量值不夠精確，電流表指針時常不穩(wěn)定，另一方面一部分入射波可能不經(jīng)反射、折射直接被接收端接收，同時反射波、折射波的干涉可能會造成強度的偏差。實驗二：單縫衍射實驗一， 實驗?zāi)康恼莆针姶挪ǖ膯慰p衍射時衍射角對衍射波強度的影響。微波和光波都是電磁波，都具有波動這一共同性，即能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。因此用微波作光波波動實驗所說明的波動現(xiàn)象及其規(guī)律是一致的。由于微波的波長比光波的波長在量級上差一萬倍左右，因此用微波設(shè)備作波動實驗比光學(xué)實驗要更直觀、方便和安全，所需要設(shè)備制造也較容易。本實驗就是用微波分光儀，

8、演示電磁波遇到縫隙時，發(fā)生的單縫衍射現(xiàn)象。二， 實驗設(shè)備與儀器S426型分光儀，單縫衍射實驗板三， 實驗原理及內(nèi)容步驟如圖2所示，當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。在縫后面出現(xiàn)的衍射波強度并不是均勻的，中央最強，同時也最寬。在中央的兩側(cè)衍射波強度迅速減小，直至出現(xiàn)衍射波強度的最小值，即一級極小，此時衍射角為min=Sin-1 /a，其中是波長，a是狹縫寬度。兩者取同一長度單位，然后，隨著衍射角增大，衍射波強度又逐漸增大，直至出現(xiàn)一級極大值，角度為max=Sin-1(3/2*/a)。圖2 單縫衍射原理實驗儀器布置如圖3，儀器連接時，預(yù)先需要調(diào)整單縫衍射板的縫寬，當(dāng)該

9、板放到支座上時，應(yīng)使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的某一對刻線一致，此刻線應(yīng)與工作平臺上的90刻度的一對線一致。轉(zhuǎn)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(diào)整信號電平使表頭指示接近滿度。然后從衍射角0開始，在單縫的兩側(cè)使衍射角每改變2讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來，這時就可畫出單縫衍射強度與衍射角的關(guān)系曲線，并根據(jù)微波波長和縫寬算出一級極小和一級極大的衍射角，并與實驗曲線上求得的一級極小和極大的衍射角進行比較。圖3 單縫衍射實驗儀器的布置 四， 實驗數(shù)據(jù)處理實驗中分別使用縫寬a=70mm、50mm、20mm的單縫衍射板進行實驗，電磁波的波長均為32mm。

10、實驗數(shù)據(jù)表格如下表。角度（度）a=70mma=50mm左側(cè)強度（uA）右側(cè)強度（uA）左側(cè)強度（uA）右側(cè)強度（uA）0959596962949393924949390896898680838847772861075657989126460898014525683761641497474183034606020181540402264252524222727262234332843343430652727329614143454.5333612113800148403028224210633284414152326469101433481271450009652321910(1) a=70mm

11、時（a） 一級極大值對應(yīng)角度值左側(cè)44度，右側(cè)44度一級極小值對應(yīng)角度值左側(cè)26度，右側(cè)26度（b） 衍射曲線左側(cè)衍射曲線 右側(cè)衍射曲線(c)根據(jù)公式計算出一級極大和一級極小的衍射角和實驗數(shù)據(jù)的比較如下表a=70mm理論數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)一級極大（度）43.343.344444444一級極?。ǘ龋?7.227.226262626 （2）a=50mm時（a） 一級極大值對應(yīng)角度值左側(cè)42度，右側(cè)42度一級極小值對應(yīng)角度值左側(cè)36度，右側(cè)36度（b） 衍射曲線左側(cè)衍射曲線 右側(cè)衍射曲線(c)根據(jù)公式計算出一級極大和一級極小的衍射角和實驗數(shù)據(jù)的比較如下表a=50mm理論數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)一級極大（度）73.773.742424242一級極?。ǘ龋?9.839.836363636（3）實驗誤差分析從比較結(jié)果中可以看到，實驗數(shù)據(jù)大體上可以和理論值相符合，其中存在的一