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）學院： 班級： 組員一：學號：組員二：學號：實驗一：電磁波反射和折射實驗一， 實驗目的1、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，反射角等于入射角。驗證均勻平面波在無耗媒質中的傳播特性；均勻平面波垂直入射理想電解質表面的傳播特性

2、。四， 實驗內(nèi)容與步驟1、熟悉分光儀的結構和調整方法。 2、連接儀器，調整系統(tǒng)。如下頁圖1所示，儀器連接時，兩喇叭口面應互相正對，他們各自的軸線應在一條直線上。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，應調整衰減器、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31834.540.145.9525656368右側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， 實驗目的掌握電磁波的單縫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，因此用微波設備作波動實驗比光學實驗要更直觀、方便和安全，所需要設備制造也較容易。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，預先需要調整單縫衍射板的縫寬，當該

9、板放到支座上時，應使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的某一對刻線一致，此刻線應與工作平臺上的90刻度的一對線一致。轉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左側強度（uA）右側強度（uA）左側強度（uA）右側強度（uA）0959596962949393924949390896898680838847772861075657989126460898014525683761641497474183034606020181540402264252524222727262234332843343430652727329614143454.5333612113800148403028224210633284414152326469101433481271450009652321910(1) a=70mm

11、時（a） 一級極大值對應角度值左側44度，右側44度一級極小值對應角度值左側26度，右側26度（b） 衍射曲線左側衍射曲線 右側衍射曲線(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)左側右側左側右側左側右側一級極大（度）43.343.344444444一級極?。ǘ龋?7.227.226262626 （2）a=50mm時（a） 一級極大值對應角度值左側42度，右側42度一級極小值對應角度值左側36度，右側36度（b） 衍射曲線左側衍射曲線 右側衍射曲線(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)左側右側左側右側左側右側一級極大（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