電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)報(bào)告 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名：實(shí)驗(yàn)一：驗(yàn)證電磁波的反射和折射定律（1學(xué)時(shí)） 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證電磁波在媒質(zhì)中傳播遵循反射定理及折射定律。（1）研究電磁波在良好導(dǎo)體表面上的全反射。（2）研究電磁波在良好介質(zhì)表面上的反射和折射。（3）研究電磁波全反射和全折射的條件。2、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。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：入射角25°30°35°40&

2、#176;45°50°55°60°折射角149143135131133128124118 圖1.1 電磁波在介質(zhì)板上的折射入射角25°30°35°40°45°50°55°60°反射角32°34°36°44°47°52°37°61° 圖1.2 電磁波在良導(dǎo)體板上的反射實(shí)驗(yàn)二：電磁波的單縫衍射實(shí)驗(yàn)、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）研究當(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

3、后面出現(xiàn)的衍射波強(qiáng)度不是均勻的，中央最強(qiáng)；（2）研究當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹線上，則每一條狹縫就是次級(jí)波波源。由兩縫發(fā)出的次級(jí)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。2、實(shí)驗(yàn)原理單縫衍射實(shí)驗(yàn)原理見下圖 5：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。在縫后面將出現(xiàn)的衍射波強(qiáng)度不是均勻的，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(jí)極小，此時(shí)衍射角為 ，其中𝜆是波長，𝛼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，直至一級(jí)極大值，角度為：圖

4、 5 單縫衍射實(shí)驗(yàn)原理圖 如圖 8：當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹縫上時(shí)，則每一條狹縫就是次級(jí)波波源，由于兩縫發(fā)出的次級(jí)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)然電磁波通過每個(gè)縫也有狹縫現(xiàn)象。因此實(shí)驗(yàn)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，令雙縫的縫寬接近入，例如：，這時(shí)單縫的一級(jí)極小接近53°。因此取較大的b，則干涉強(qiáng)受單縫衍射影響大。干涉加強(qiáng)的角度為： 干涉減弱的角度為：3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖2.1 單縫衍射的I-曲線圖2.2雙縫干涉的I-曲線實(shí)驗(yàn)三：布朗格衍射的實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)是仿造X射線入射真實(shí)晶體發(fā)生衍

5、射的基本原理，人為的制作了一個(gè)方形點(diǎn)陣的模擬晶體，以微波代替X射線，使微波向模擬晶體入射，觀察從不同晶面上點(diǎn)陣的反射波產(chǎn)生干涉應(yīng)符合的條件。這個(gè)條件就是布拉格方程。（1）掌握100面，110面點(diǎn)陣的反射波產(chǎn)生干涉的條件,得出布拉格方程。（2）了解直線極化和圓極化波特性參數(shù)的測(cè)試方法。2、實(shí)驗(yàn)原理任何的真實(shí)晶體，都具有自然外形和各向異性的性質(zhì)，這和晶體的離子、原子或分子在空間按一定的幾何規(guī)律排列密切相關(guān)。晶體內(nèi)的離子、原子或分子占據(jù)著點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)，兩相鄰結(jié)點(diǎn)的距離叫晶體的晶格常數(shù)。真實(shí)晶體的晶格常數(shù)約在108厘米的數(shù)量級(jí)，X 射線的波長與晶體的常數(shù)屬于同一數(shù)量級(jí)，實(shí)際上晶體是起著衍射光柵的作用，因

6、此可以利用 X 射線在晶體點(diǎn)陣上的衍射現(xiàn)象來研究晶體點(diǎn)陣的間距和相互位置的排列，以達(dá)到對(duì)晶體結(jié)構(gòu)得了解。本實(shí)驗(yàn)是仿造 X 射線入射真實(shí)晶體發(fā)生衍射的基本原理，人為的制作了一個(gè)方形點(diǎn)陣的模擬晶體，以微波代替 X 射線，使微波向模擬晶體入射，觀察從不同晶面上點(diǎn)陣的反射波產(chǎn)生干涉應(yīng)符合的條件，這個(gè)條件就是布拉格方程。它是這樣說的，當(dāng)波長為入的平面波射到間距為的晶面上，入射角為°，當(dāng)滿足條件時(shí)（n為整數(shù)）發(fā)生衍射。衍射線在所考慮的晶面反射線方向。在布拉格衍射實(shí)驗(yàn)中采用入射線與晶面的夾角（即通稱的入射角），是為了在實(shí)驗(yàn)時(shí)方便，因?yàn)楫?dāng)被研究晶面的法線與分光儀上度盤的 0 度刻度一致時(shí)，入射線與反

7、射線的方向在度盤上有相同的示數(shù)，不容易搞錯(cuò)，操作方便。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖3.1 布拉格衍射I-關(guān)系曲線由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，兩側(cè)發(fā)生衍射的角度大約在34°和65°附近。根據(jù)布拉格方程n=2aCOS，將=32mm，a=40mm代入得：當(dāng)n=1時(shí)，=66.42°；當(dāng)n=2時(shí)，=36.87°.實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值比較接近，可驗(yàn)證布拉格方程。69°附近產(chǎn)生的峰值可能是由其他實(shí)驗(yàn)組影響造成的，不計(jì)入考慮。實(shí)驗(yàn)四：均勻無損耗媒質(zhì)參量的測(cè)量（2學(xué)時(shí)） 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姶挪ㄔ谡婵罩袀鞑ヌ匦院拖喔稍?。?）在學(xué)習(xí)均勻平面電磁波的基礎(chǔ)上，觀察電磁波傳播特性，E、H

8、、S互相垂直。（2）推導(dǎo)相干波理論數(shù)學(xué)模型，自行調(diào)節(jié)測(cè)量儀器，測(cè)量基本參量。（3）測(cè)定自由空間內(nèi)電磁波波長、頻率f，并確定電磁波的相位常數(shù)和波速（4）了解電磁波的其他參量，如波阻抗的測(cè)量。（5）利用相干波接點(diǎn)位移法推導(dǎo)測(cè)量均勻無損耗媒質(zhì)參量的和的數(shù)學(xué)模型（6）了解均勻無損耗媒質(zhì)參量 、的差別（7）熟悉均勻無損耗媒質(zhì)分界面對(duì)電磁波的反射和折射的特性。2、實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干涉試驗(yàn)的基本原理見下圖 13 所示： 在平面波前進(jìn)的方向上放置一個(gè)成45°的半透射板，由于該板的作用，將入射波分成兩束波：一束由于反射向 A 方向傳播；另一束透過半透射板向 B 方向傳播。由于 AB 處全反射板的作用，

9、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且振動(dòng)方向一致的兩個(gè)波。如果這兩個(gè)波的位相差為2的整數(shù)倍，則干涉加強(qiáng)；當(dāng)相位差為的奇數(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(dòng)，當(dāng)表頭指示從一次極小變到又一次極小時(shí)，則 B 處的反射板就移動(dòng)2的距離，因此有這個(gè)距離就可求得平面波的波長。3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果L0L1L2L3最大5.4323.7240.9256.91最小13.4631.5548.9664.56 實(shí)驗(yàn)五：利用微波衰減測(cè)量濕度、厚度（2學(xué)時(shí)）1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)介質(zhì)特性參量：相移常數(shù)和衰減常數(shù)的測(cè)量方法，自行推導(dǎo)出介質(zhì)厚度和濕度的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法。（1）了解被測(cè)量的物質(zhì)所用波