電磁波與微波測量實驗報告第二次

1、電磁波與微波測量實驗報告題目: 電磁波與微波測量實驗課 學(xué) 院 電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù)班 級 2013211206 組 員 金陽 王越 薛鵬輝執(zhí)筆人 金陽 2016年 3 月實驗三 雙縫干涉實驗一、實驗?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、實驗設(shè)備 S426型分光儀三、實驗原理 a 當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹線， b 則每一條狹鍵就是次級波波源。由兩縫發(fā)出的次級 a波是相干波，因此在金屬板的背后面空間中，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。因此實驗將是衍射和干涉兩者結(jié)合的結(jié)果。為了只研究主要是由于來自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的結(jié)果，令雙縫的縫

2、寬a接近，例如：=32mm， a=40mm，這時單縫的一級極小接近530。因此取較大的 圖31 雙縫干涉b，則干涉強(qiáng)度受縫衍射的影響小，當(dāng)b較小時，干涉強(qiáng)度受單縫衍射影響大（如圖31所示）。干涉加強(qiáng)的角度為：，式中K=l、2、；干涉減弱的角度為：式中K=l、2、。四、實驗內(nèi)容與步驟如圖32所示，儀器連接時，預(yù)先接需要調(diào)整雙縫縫衍射板的縫寬，當(dāng)該板放到支座上時，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

3、近滿度。然后從衍射角0°開始，在雙縫的兩側(cè)使衍射角每改變1°讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來。由于衍射板橫向尺寸小，所以當(dāng)b取得較大時，為了避免接收喇叭直接收到發(fā)射喇叭的發(fā)射波或通過板的邊緣過來的波，活動臂的轉(zhuǎn)動角度應(yīng)小些。圖32 雙縫干涉實驗儀器的布置五、實驗數(shù)據(jù)及分析由于儀器的問題，發(fā)射波強(qiáng)度無法正常調(diào)整，所以部分組數(shù)據(jù)最大值沒有達(dá)到電流表滿偏2/3以上。由此無法確定的極小值，以估算確定。加粗斜體的組為極大值或極小值。角度/度縫寬a=40mm雙縫間距b=80mm波長=32mm右衍射強(qiáng)度縫寬a=30mm雙縫間距b=70mm波長=32mm右衍射強(qiáng)度縫寬a=30mm雙縫間距b=5

4、0mm波長=32mm右衍射強(qiáng)度027292812727272242526320212441418205812166471172488026901410002110001210013400147101510201611401712501814601914822015123211416622141792311181024616112531412261911270510280392901630105第一組數(shù)據(jù)的第零級極大在0度左右，第一級極小在10度左右；第一極大在20度左右。第二組數(shù)據(jù)的第零級極大在0度左右，第一級極小在12度左右；第一極大在23度左右。第三組數(shù)據(jù)的第零級極大在0度左右，第一級極小

5、在15度左右；第一極大在25度左右。六、數(shù)據(jù)分析： 1）、從總體上看，入射角與反射角相差不大，在誤差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為相等，驗證了電磁波的衍射定律。2）、由于儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免，并且在測量的時候產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，所以左側(cè)衍射強(qiáng)度不會完全等于右側(cè)衍射強(qiáng)度，但是兩邊的強(qiáng)度趨勢基本可以保持一致，說明其中一側(cè)數(shù)據(jù)受到的外界干擾比較強(qiáng)，誤差分析：在實驗過程中，由于本組儀器受到其他組同學(xué)實驗儀器發(fā)出的電磁波的干擾，接收的電磁波與理論電磁波有差異，對結(jié)果影響較大。實驗中，讀數(shù)均由同學(xué)目測，因此讀數(shù)誤差也較大。儀器轉(zhuǎn)動角度過大時可能從擋板旁邊直接接收到發(fā)送端發(fā)出的電磁波，也對實驗結(jié)果產(chǎn)生了誤差。當(dāng)縫寬=

6、40mm雙縫間距=80mm波長=32mm時，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖當(dāng)縫寬=30mm雙縫間距=70mm波長=32mm時，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖當(dāng)縫寬=30mm雙縫間距=50mm波長=32mm時，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖思考題：1、答：當(dāng)a+b越大時，第一級極大和極小出現(xiàn)的角度將會逐漸變??； 當(dāng)a+b越小時，第一級極大和極小出現(xiàn)的角度將會逐漸變大。2、答：當(dāng)b趨近于0時，第一級極大出現(xiàn)的地點將主要取決于a的取值。實驗四 邁克爾遜干涉實驗一、實驗?zāi)康恼莆掌矫娌ㄩL的測量方法二、實驗設(shè)備S426型分光儀三、實驗原理邁克爾遜干涉實驗的基本原理見圖41，在平面波前進(jìn)的方向上放置成450的半透

7、射板。由于該板的作用，將入射波分成兩束波，一束向A方向傳播，另一束向B方向傳播。由于A、B處全反射板的作用，兩列波就再次回到半透射板并到達(dá)接收喇叭處。于是接收喇叭收到兩束同頻率，振動方向一致的兩個波。如果這兩個波的位相差為2的整數(shù)倍。則干涉加強(qiáng)；當(dāng)位相差為的奇數(shù)倍則干涉減弱。因此在A處放一固定板，讓B處的反射板移動，當(dāng)表頭指示從一次極小變到又一次極小時，則 B處的反射板就移動2的距離因此有這個距離就可求得平面波的波長。 A(固定反射板) 發(fā)射喇叭B(可移反射板) 接收喇叭 圖41 邁克爾遜干涉實驗原理四、實驗內(nèi)容及步驟如圖42所示，使兩喇叭口面互成900。半透射板與兩喇叭軸線互成450，將讀數(shù)

8、機(jī)構(gòu)通過它本身上帶有的兩個螺釘旋入底座上，使其固定在底座上，再插上反射扳，使固定反射板的法線與接受喇叭的軸線一致，可移反射板的法錢與發(fā)射喇叭軸線一致。實驗時。將可移反射板移到讀致機(jī)構(gòu)的一端，在此附近測出一個極小的位置，然后旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機(jī)構(gòu)上的手柄使反射扳移動，從表頭上測出（n1）個極小值，并同時從讀數(shù)機(jī)構(gòu)上得到相應(yīng)的位移讀數(shù)，從而求得可移反射板的移動距離L。則波長。圖42 邁克爾遜干涉實驗儀器的布置五、實驗數(shù)據(jù)及分析 實驗數(shù)據(jù)表格如下：1(mm)2(mm)3(mm)D16.6666.6056.623D211.27411.31511.296D323.32023.09023.204D438.74542

9、.97539.560D557.11055.16555.892波長25.22224.28024.635平均值24.712計算傳播常數(shù)： 很據(jù)公式傳播常數(shù)K=2/入得，K0.254波長分析： 根據(jù)儀器表上得到的頻率計算出的波長為34.001mm,與實驗測得的實際波長27.712mm相差略大，但經(jīng)反復(fù)排查并無操作問題，所以做了如下誤差分析。 誤差分析：（1）由于實驗的測量度數(shù)較小，因此人為的讀數(shù)誤差對實驗影響很大。（2）實驗儀器的精確度的關(guān)系以及鏡片的清晰程度，讀數(shù)會導(dǎo)致誤差。(3) 在實驗過程中，外界的電磁波以及其他實驗組儀器產(chǎn)生的電磁波多此次實驗均有影響。(4）旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機(jī)構(gòu)時，會連帶上方固定的金

10、屬反射板晃動，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，產(chǎn)生誤差。(5）發(fā)射波源方向與反射玻璃板不一定準(zhǔn)確成45°，玻璃板與兩反射板不一定準(zhǔn)確成45°，對實驗結(jié)果有很大影響。思考題： 測量波長時，介質(zhì)板位置如果旋轉(zhuǎn)90度，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，能否準(zhǔn)確測量波長？答:如上圖，兩條路依然會有波程差，但是，有一條路的電磁波經(jīng)過兩次半透射板，又經(jīng)過兩次反射，所以這條路上電磁波的衰弱程度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另一條路的電磁波，所以當(dāng)兩條波合成的時候，干涉的增強(qiáng)和衰減作用就沒有那么明顯了，所以不能準(zhǔn)確測量波長。實驗五 極化實驗一、實驗?zāi)康?培養(yǎng)綜合性設(shè)計電磁波實驗方案的能力2驗證電磁波的馬呂斯定理二、實驗設(shè)備S426型分光儀三

11、、實驗原理平面電磁波是橫波，它的電場強(qiáng)度矢量E和波長的傳播方向垂直。如果E在垂直于傳播方向的平面內(nèi)沿著一條固定的直線變化，這樣的橫電磁波叫線極化波。在光學(xué)中也叫偏振波。偏振波電磁場沿某一方向的能量有一定關(guān)系。這就是光學(xué)中的馬呂斯定律：式中I為偏振波的強(qiáng)度，為I與I0間的夾角。 DH926B型分光儀兩喇叭口面互相平行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的；在該軸承環(huán)的90度范圍內(nèi)，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的轉(zhuǎn)角可以從此處讀到。四、實驗步驟1設(shè)計利用S426型分光儀驗證電磁波馬呂斯定律的方案；根據(jù)實驗原理，可得設(shè)計方案：將S426型分光儀兩喇叭口面互相平

12、行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的；在該軸承環(huán)的90度范圍內(nèi)，每隔5度有一刻度，接收喇叭課程從此處讀取（以10度為步長），繼而進(jìn)行驗證。2根據(jù)設(shè)計的方案，布置儀器，驗證電磁波的馬呂斯定律。實驗儀器布置通過調(diào)節(jié)，使A1取一較大值，方便實驗進(jìn)行。然后，再利用前面推導(dǎo)出的，將儀器按下圖布置。A1五、實驗數(shù)據(jù)°0102030405060708090理論值8986.378.666.852.236.822.310.42.70實驗值89878272614426910相對誤差%00.80.62.22.30.511.114.325.9-1、數(shù)據(jù)分析：由數(shù)據(jù)可

13、看出，實驗值跟理論值是接近的，相對誤差基本都很小，在誤差允許范圍內(nèi)，所以可以認(rèn)為馬呂斯定律得到了驗證。2、誤差分析：實驗中可能存在儀器儀表誤差，人為誤差以及各組互相影響造成的誤差等。但是角度比較大的時候，相對誤差都比較小，也比較精準(zhǔn)。角度比較小的時候，由于理論值較小，相對誤差會大一點，但是從整體趨勢來看，結(jié)果也是合理的。所以不影響我們對馬呂斯定律進(jìn)行驗證。六、思考題1、垂直極化波是否能夠發(fā)生折射？為什么？給出推導(dǎo)過程。答：不能。垂直極化波入射在兩種媒質(zhì)的分界面上，反射系數(shù)和折射系數(shù)分別為：         

14、;                                     對于一般媒質(zhì)，可以證明，垂直極化波無論是從光疏媒質(zhì)射入光密媒質(zhì)，還是從光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)，總有，所以不可能發(fā)生全反射。沿任意方向極化的平面電磁波，以入射到兩種媒質(zhì)的分界面上時反射波中只有垂直極化波分量，利用這種方法可以產(chǎn)生垂直極化波。2、本實驗，水平極化和垂直極化可以調(diào)節(jié)嗎?平行極化波如何調(diào)節(jié)出來，自行設(shè)計實驗方案,如何驗證全折射的原理？答：可以調(diào)節(jié)。如果喇叭天線窄邊平行于地面，則稱水平極化，如果喇叭天線寬邊垂直于地面，則稱垂直極化。驗證電磁波全折射原理的實驗方案：首先根據(jù)以下推導(dǎo)，求出。（相關(guān)系數(shù)可查書）極化波反射系數(shù)實驗總結(jié)：通過這次實驗，我們更加熟悉了S426型分光儀的使用，也感受到電磁波與光波一樣，存在類似的反射與干涉現(xiàn)象，從中體會到了電磁波的波動性，讓我們對看不見的電磁波有了更加直觀的感受。我們感