驗證電磁波的反射和折射定律

成績信息與通信工程學院實驗報告成績信息與通信工程學院實驗報告操作性實驗）課程名稱：電磁場與電磁波實驗題目：驗證電磁波的反射和折射定律一、實驗目的和任務驗證電磁波在媒質(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。二、實驗儀器及器件儀器名稱數(shù)量1分度轉臺1臺2喇叭天線1對33厘米固態(tài)信號發(fā)生器1臺4晶體檢波器1個5可變衰減器1個6微安表1個7讀數(shù)機構1個8支座、支柱、視頻電纜、介質(zhì)板等附件若干

三、 實驗內(nèi)容及原理物來研究當電磁波以某一入射角投射到此玻璃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。電磁波在傳播過程中如遇到障礙物，必定要發(fā)生反射，本處以一塊大的玻璃板作為障礙電磁波在傳播過程中如遇到障礙物，必定要發(fā)生反射，本處以一塊大的玻璃板作為障礙電磁波斜投射到不同介質(zhì)分布面上的反射和折射，為討論和分析問題簡便，下面所提到的電磁波均指均勻平面電磁波，如圖1所示。在煤質(zhì)分布面上有一平行極化波，以入射角斜投射時，入射波、反射波和折射波的電磁場可用下列公式表示：入射波場E=E(sin0a+cos0a)e一j卩2(一xcos02+xsin02)2022x1z222E=一01e-j卩1(-XCOS01+xsin0])aq y1折射波場E=E(sin0a+cos0a)e-jP(-xcos0+xsin0)0x1zE=—02e-j卩2(-xcos02+xsin02pqy2以上各式中q、q分別表示波在兩種媒質(zhì)中的波阻抗。由邊界條件可知，在分界面上x=120處，有E=E*,H=H。同時，三種波在分界面處必須以同一速度向Z方向傳播，即它1t2t1t 2t們的波因子必須相等，則有：Psin0=Psin0* Psin0=Psin011111122由此得：0=012上式表明，媒質(zhì)分界面上反射角等于入射角，即反射定律。由式得sin02卜in01sin02卜in01=1壯sin01=V2sin0v11sin01上式即折射定律或施耐爾定律。三、實驗步驟測試良好介質(zhì)的全折射，我們采用平行極化波狀態(tài)，為此，須將電磁波綜合測試儀的輻射喇叭與接收喇叭置于平行極化工作狀態(tài)，對于測試良好導體的全反射，我們同樣采取計劃工作波狀態(tài)1、連接儀器。兩喇叭口面應互相正對，它們各自的軸線應在一條直線上。調(diào)節(jié)喇叭的朝向使得電流指示表達到最大值時固定喇叭朝向。玻璃板放在支座上，使玻璃板所在平面與小圓盤上的0刻線對齊。玻璃板的法線方向對其0-180度。2、 轉動平臺，使固定臂指針指在某一角度處，記下入射角）；在玻璃板的背后轉動活動i臂，當活動臂上的微安表有最大示數(shù)時，記下折射角0；在玻璃板的前方轉動活動臂，當活z動臂上的微安表有最大示數(shù)時，記下反射角0。r3、 重復上述步驟并記錄。圖1-2儀器安裝理論圖圖3實驗實物圖四、實驗測試數(shù)據(jù)表格記錄表1.1電磁波在介質(zhì)板上的反射與折射實驗次數(shù)12345678910入射角30°32°34°36°38°40°42°44°46°48°反射角29°31°33°35°36.5°39°41°43.5°45.5°46.5°折射角24°22°25°28°29°30°33°35°35°37.5°

實驗次數(shù)1112131415入射角56°58°60°62°65°反射角57°58°58.561°65°折射角52°54°5760°62°表1.2電磁波在良導體板上的反射試驗次數(shù)12345678910入射角30°32°34°36°38°40°42°44°46°48°反射角30°34°34.5°38°39°40°42°42°43.5°45°試驗次數(shù)1112131415入射角56°58°60°62°65°反射角51.5°52°52°60°60°五、實驗數(shù)據(jù)分析及處理做此項實驗，入射角最好取20至60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)境的影響根據(jù)電磁波在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。我們認為這些差異主要由于以下實驗誤差引起。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；讀取電流值時由于指針時常擺動造成讀數(shù)不準；入射角較大時接收到的反射電磁波可能已部分直接來源于入射源；實驗中來自其他實驗組的儀器干擾；各種反射和手機等的影響。實驗員實驗過程中身體活動帶來一定干擾；其他實驗誤差。六、實驗結論與感悟（或討論）總結實驗：對實驗的感受和領悟；以及對實驗中某些問題、現(xiàn)象、方法、數(shù)據(jù)、結果等等內(nèi)容的討論。本次實驗，我們首先進行了多次調(diào)零操作，因為發(fā)射器喇叭要求產(chǎn)生與儀器壁水平方向的信號，而接收器喇叭也需水平接受所傳過來的信號。信號傳播方向要求和中央的反射板保持垂直，如果存在一定誤差角度，所得的數(shù)據(jù)將會產(chǎn)生嚴重的誤差。所以在第一次實驗