試驗(yàn)一電磁波反射和折射試驗(yàn)

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案電磁場與微波測量第一次實(shí)驗(yàn)電磁場與微波測量 實(shí)驗(yàn)2017-3-11院系：電子工程學(xué)院班級：2014211201組號：7組組員：梁嘉琪（報(bào)告）李婉婷學(xué)號：20142108192014210820文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)一：電磁波反射和折射實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 、熟悉 S426 型分光儀的使用方法。2 、掌握分光儀驗(yàn)證電磁波反射定律的方法。3 、掌握分光儀驗(yàn)證電磁波折射定律的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器S426 型分光儀三、實(shí)驗(yàn)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

2、通過入射點(diǎn)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(yàn)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。四、實(shí)驗(yàn)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)。儀器連接時(shí)， 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， 即可文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案壓緊支座。3 、測量入射角和反射角反射金屬板放到支座上時(shí)，應(yīng)使金屬板平面與支座線面的

3、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(shí)， 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(shí)小平臺上的 0 刻度就與金屬板的法線方向一致。 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(shí)活動臂的指針?biāo)傅目潭染褪欠瓷浣恰?如果此時(shí)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)，入射角最好取 30 至 65 度之間。因?yàn)槿肷浣翘蠼邮芾扔锌赡苤苯咏?受入射波。注意系統(tǒng)的調(diào)整和周圍環(huán)境的影響。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與

4、處理：1. 金屬板實(shí)驗(yàn)：入射角 (o)3035404550556065反射角 (o)20.52831.536.5424855.560入射角和反射角的絕對差值9.578.58.5874.55結(jié)論：入射角越大，入射角和反射角絕對差值越小。接受信號越強(qiáng)，受影響越小。2. 觀察介質(zhì)板(玻璃板)上的反射和折射實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理如下表：總電流( 56 A) 文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案入射角 (o)3035404550556065反射角 (o)262937.543.549.852.156.860反射電流41404244504642.842強(qiáng)度 (A)反射系數(shù)0.730.7140.7520.7860.8930.821

5、0.7640.75折射角 (o)22.125.733374249.85862折射電流2828.828.329.527251812強(qiáng)度 (A)折射系數(shù)0.500.5140.5050.5290.4820.4460.3210.214反射 & 折射 系數(shù)平方和0.7830.7740.8210.9031.0300.8740.6870.608結(jié)論：透射系數(shù)的平方和反射系數(shù)的平方相加，只有一個大于一，誤差比較大。六、 實(shí)驗(yàn)誤差分析根據(jù)電磁波在金屬板與玻璃板反射實(shí)驗(yàn)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(shí) 驗(yàn)中反射角與入射角有一定差異；

6、玻璃板的反射與折射實(shí)驗(yàn)中反射、 透射系數(shù)相 加并不為 1 ，我們認(rèn)為這些差異主要由于以下實(shí)驗(yàn)誤差引起。1. 放置金屬板、玻璃板時(shí)板面與小平臺上 90 度刻線無法完全一致；2. 讀取電流值時(shí)由于指針時(shí)常擺動造成讀數(shù)不準(zhǔn)；3. 入射角較大時(shí)接收到的反射電磁波可能已部分直接來源于入射源；4. 實(shí)驗(yàn)中來自其他實(shí)驗(yàn)組的儀器干擾；各種反射和手機(jī)等的影響。5. 實(shí)驗(yàn)員實(shí)驗(yàn)過程中身體活動帶來一定干擾；文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案6. 其他實(shí)驗(yàn)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

7、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(shí)驗(yàn)結(jié)果更為精確。4，透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于 1？為什么，進(jìn)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(shí)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(shí)反射波、 折射波的干涉可能會造成強(qiáng)度的偏差。文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)二：單縫衍射實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针姶挪ǖ膯慰p衍射時(shí)衍射角對衍射波強(qiáng)度的影響。 本實(shí)驗(yàn)就是用微波分光儀，演示電磁波遇到縫隙時(shí)，發(fā)生的單縫衍射現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器S426 型分光儀，單縫衍射實(shí)驗(yàn)

8、板三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容步驟當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時(shí)， 就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。 在縫后面出現(xiàn) 的衍射波強(qiáng)度并不是均勻的，中央最強(qiáng)，同時(shí)也最寬。在中央的兩側(cè)衍射波強(qiáng)度迅速減小， 直至出現(xiàn)衍射波強(qiáng)度的最小值，即一級極小，此時(shí)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(qiáng)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) 。儀器連接時(shí)， 預(yù)先需要調(diào)整單縫衍射板的縫寬， 當(dāng)該板放到支座上時(shí)， 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

9、一致。轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針在小平臺的 180 處，此時(shí)小平臺的 0 就是狹縫平面的法線方向。 這時(shí)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(shí)就可畫出單縫衍射強(qiáng)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(shí)驗(yàn)曲線上求得的一級極小 和極大的衍射角進(jìn)行比較。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案記錄實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)， 畫出單縫衍射強(qiáng)度與衍射角的關(guān)系曲線， 根據(jù)微波波長和縫寬出一級極小和一級極大衍射角， 由于實(shí)驗(yàn)曲線上求得等一級極小和極大的衍射角進(jìn)行比較。(1) 單縫衍射實(shí)驗(yàn)a=70mm=3

10、2mm理論值測量值一級極大值 Sin 2 ?Sin 2 ?70 43.3文檔讀出一級極小和一級極大值，并與理論值相比：1 1 32 一級極小值 Sin 1 Sin 1 70 27.21 3 1 3 32實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案一級極小值27.228一級極大值43.334結(jié)論：測量值與理論值有誤差，極小值差的不多，極大值有較大誤差。首先儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免， 測量時(shí)產(chǎn)生隨機(jī)誤差， 還有實(shí)驗(yàn)室的很多儀器的 輻射產(chǎn)生的各種誤差。(2) 單縫衍射實(shí)驗(yàn) a=50mm =32mm文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案讀出一級極小和一級極大值，并與理論值相比：一級極小值132Sin 1 32 39.850一級極大值 SinSin 1

11、23 ?352073.7理論值測量值文檔級極小值一級極大值39.873.7結(jié)論：極大值的誤差太大了，各種儀器的互相影響太過嚴(yán)重。(3) 單縫衍射實(shí)驗(yàn) a=20mm =32mm3642實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案讀出一級極小和一級極大值，并與理論值相比：1 1 32 一級極小值 Sin Sin 無結(jié)果20一級極大值 Sin 23 ?Sin 23 ? 3220 無結(jié)果測量的數(shù)據(jù)也無結(jié)果。結(jié)論：由于縫過小，狹縫的寬度小于光波波長，根據(jù)單縫干涉定理，整個觀察屏 被明紋覆蓋，無極大極小值。文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)三：雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諄碜噪p縫的兩束中央衍射波相互干涉的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備S426 型分光儀。三、實(shí)驗(yàn)

12、步驟1.儀器連接時(shí)，預(yù)先接需要調(diào)整雙縫縫衍射板的縫寬；2.將板子放到支座上，是狹縫平面與支座下面的小圓盤的某一刻線一致， 此刻線應(yīng)與工作平臺上的 90 刻度的一對線一致； 3.轉(zhuǎn)動小平臺，使固定臂的指針在小平臺的 180 處，此時(shí) 小平臺的 0 就是狹縫平面的發(fā)現(xiàn)方向； 4.調(diào)節(jié)信號電平使表頭指示接近滿讀； 5. 從衍射角 0 開始，在雙縫的兩側(cè)使衍射角每改變 1 度讀取一次表頭讀數(shù)，并記 錄下來。四、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹縫上， 則每一條狹縫就是次級波波 源。由兩縫發(fā)出的次級波就是相干波， 因此在金屬板的后面空間中， 將產(chǎn)生干涉 現(xiàn)象。當(dāng)然， 光通過每個縫也有衍射現(xiàn)象。

13、 因此本實(shí)驗(yàn)是將衍射和干涉兩者結(jié)合 的結(jié)果。為了主要研究來自雙峰的兩書中央衍射波相互干涉的結(jié)果， 這里假設(shè)吧、 為雙縫的間距， a為 S1,S2雙縫的寬度，a接近波長，例如：=3.2cm ，a=4cm ， 這時(shí)單縫的一級極小衍射角接近 53，因此取較大的 b ，則干涉強(qiáng)度受單縫衍射 的影響較小；反之，當(dāng) b 較小時(shí)，干涉強(qiáng)度受單縫衍射影響較大。1干涉加強(qiáng)的角度為： Sin 1 K ? , K=1,2 ab文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案Sin 12K 1?2 ? a b干涉減弱的角度為：五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1) 雙縫 a=40mm b=80mm =32mmK=1,2 文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案讀出極小和極大值，并與理論值相

14、比：1極大值2K 1?2 a b極小值 Sin K ?a b 帶入 a=40mm b=80mm =32mmK=0K=1K=2極大值 （理論）015.4732.23極大值 （實(shí)際）61320極小值 （理論）7.6623.5841.81極小值 （實(shí)際）101634Sin誤差分析：極大值的誤差很大，極小值還好。由于實(shí)驗(yàn)對周圍環(huán)境的要求較高，實(shí)驗(yàn)室中的各種反射， 人的走動有很大的影響； 其次，雙縫衍射板的精確度不高；儀器的喇叭天線可能沒有完全對準(zhǔn)(2) 雙縫 a=30mm b=70mm=32mm文檔并與理論值相比文檔帶入 a=30mmb=70mm=32mm極大值實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案K=0K=1K=2極大值 （

15、理論）018.6639.79極大值 （實(shí)際）4924極小值 （理論）9.2128.6953.13極小值 （實(shí)際）81433Sin2K 1?2 ? a b誤差分析：極大值的誤差很大，極小值還好。由于實(shí)驗(yàn)對周圍環(huán)境的要求較高， 實(shí)驗(yàn)室中的各種反射， 人的走動有很大的影響； 其次，雙縫衍射板的精確度不高； 儀器的喇叭天線可能沒有完全對準(zhǔn)。六、思考題1.試闡述 a、b 的變化對干涉產(chǎn)生的影響； 答：由公式可知，在 b 較大的情 況下，增大 a、b 會減小級大干涉角和極小干涉角的角度；反之增大。當(dāng) b 不是 較大的情況下，單縫衍射的極小可能會與雙縫干涉的極大重合，導(dǎo)致極大消失。 2.假設(shè) b 趨近于 0 ，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢將如何？答：當(dāng) b 趨近于 0，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢將與單縫衍射的結(jié)果相類似。七、實(shí)驗(yàn)心得與體會電磁場與微