單縫衍射實驗和電磁波反射和折射實驗

電磁場與微波測量實驗報告學(xué)院：電子工程學(xué)院班級：組員：撰寫人：實驗一電磁波反射和折射實驗實驗?zāi)康氖煜426型分光儀的使用方法掌握分光儀驗證電磁波反射定律的方法掌握分光儀驗證電磁波折射定律的方法實驗設(shè)備與儀器S426型分光儀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(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。實驗內(nèi)容步驟熟悉分光儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)整方法。連接儀器，調(diào)整系統(tǒng)。儀器連接時，兩喇叭口面應(yīng)相互正對，它們各自的軸線應(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，拉起平臺上的四個壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個角度后放下，即可壓緊支座。測量入射角和反射角反射金屬板放到支座上時，應(yīng)使金屬板平面與支座下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(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度的一對刻線一致。這是小平臺上的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，這角度讀書就是入射角。實驗步驟1、儀器連接時，兩喇叭口面應(yīng)互相正對，它們各自的軸線應(yīng)在一條直線上。指示兩喇叭位的指針應(yīng)分別指示于工作平臺的1800和刻度處。2、將支座放在工作平臺上，并利用平臺上的定位鞘和刻線對正支座，拉起平臺上四個壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個角度后放下，將支座壓緊。3、將反射金屬板放在支座上時，應(yīng)使金屬板平面與支座下面的小圓盤上的900和-900這對刻線一致。這時小平臺上的0刻度就與金屬板的法線方向一致。4、轉(zhuǎn)動小平臺，將固定臂指針調(diào)到300～650角度之間任意一位置，這時固定臂指針?biāo)鶎?yīng)刻度盤上指示的刻度就是入射角的讀數(shù)。5、開啟DH1121B型三厘米固態(tài)信號源。6、轉(zhuǎn)動活動臂，當(dāng)表頭顯示出最大指示時，活動臂指針?biāo)鶎?yīng)刻度盤上指示的刻度就是反射角的讀數(shù)。如果此時表頭指示太大或太小，應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)發(fā)射端的可變衰減器，使表頭指示接近滿量程。7、根據(jù)不同極化方式，連續(xù)選取幾個入射角進(jìn)行實驗，并在表中記錄反射角。實驗結(jié)果及分析記錄實驗測得數(shù)據(jù)，驗證電磁波的反射定律金屬板全反射實驗入射角（度）3035404550556065反射角（度）左側(cè)31.537.542.546.551.055.061.566.5右側(cè)35.540.043.048.551.556.562.567.5平均值33.538.7542.7547.551.2555.7561.7566.75入射角與反射角的差值（絕對值）3.53.752.752.51.250.751.751.75表格分析：（1）、從總體上看，入射角與反射角相差較小，可以近似認(rèn)為相等，驗證了電磁波的反射定律。（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，所以入射角不會完全等于反射角，由差值一欄可以看出在55度左右的誤差最小。越向兩邊誤差越大，說明測量儀器在55度的入射角能產(chǎn)生最好的特性。觀察介質(zhì)板（玻璃板）上的反射和折射實驗將金屬換做玻璃板，觀察、測試電磁波在該介質(zhì)板上的反射和折射現(xiàn)象，自行設(shè)計實驗步驟和表格，計算反射系數(shù)和透射系數(shù)，驗證透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于1。注：初始入射光強(qiáng)為100uA，角度單位為:°入射角3035404550556065反射角22.529.0384247525661反射光強(qiáng)6263646678848084折射角146145136135125125122118折射光強(qiáng)4042.5443030283430表格分析：（1）、在開始測量時把最大值設(shè)為滿量程即100uA.（2）、反射最大值與折射最大值之和要大于100uA，根據(jù)分析，應(yīng)該是當(dāng)兩喇叭天線正對時，雖然接受天線的值是100uA，但是發(fā)射天線發(fā)射的電磁波沒有全部到達(dá)接受天線，所以發(fā)射天線發(fā)射的電磁波應(yīng)該大于100uA。實驗結(jié)果總體上證實了反射系數(shù)與折射系數(shù)的和為1。思考題在衰減旁螺絲釘?shù)淖饔么穑菏撬p器的調(diào)節(jié)旋鈕，通過調(diào)節(jié)該旋鈕可以改變喇叭天線發(fā)出電磁波的強(qiáng)度電磁波與激光的反射有何異同答：相同點是都遵從光的反射定理，不同點是激光屬于電磁波的一種，具有良好的單色性，相干性，方向性，且高強(qiáng)度，所以反射耗損小，而電磁波則根據(jù)頻率不同耗損不同。測量反射時出現(xiàn)幾次極大值，為什么答：兩次，因為由于儀器產(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，所以入射角不會完全等于反射角，而是在理論反射角附件波動。透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于一，為什么答：根據(jù)電磁波理論在開始測量時把最大值設(shè)為滿量程即100uA，反射最大值與折射最大值之和要等于100uA，但是根據(jù)分析，當(dāng)兩喇叭天線正對時，雖然接受天線的值是100uA，但是發(fā)射天線發(fā)射的電磁波沒有全部到達(dá)接受天線，所以發(fā)射天線發(fā)射的電磁波應(yīng)該大于100uA。實驗結(jié)果總體上證實了反射系數(shù)與折射系數(shù)的和為1。實驗二單縫衍射實驗一、實驗?zāi)康恼莆针姶挪ǖ膯慰p衍射時衍射角對衍射波強(qiáng)度的影響二、預(yù)習(xí)內(nèi)容電磁波單縫衍射現(xiàn)象三、實驗設(shè)備S426型分光儀四、實驗原理當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，a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，此時衍射角為，其中λ是波長，a是圖2－1單縫衍射狹縫寬度。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：(如圖2－1所示)五、實驗內(nèi)容與步驟如圖2－2所示，儀器連接時，預(yù)先接需要調(diào)整單縫衍射板的縫寬，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900刻度的一對線一致。轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針在小平臺的1800處，此時小平臺的00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近滿度。然后從衍射角00開始，在單縫的兩側(cè)使衍射角每改變10讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來。圖2－2單縫衍射實驗儀器的布置六、實驗步驟1、調(diào)整微波分光儀單縫衍射板的縫寬為（建議為2～7cm）。2、將單縫板放到支座上，使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的90-90刻線一致，固定。3、轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針在小平臺的180刻度處，此時小平臺的0刻度就是狹縫平面的法線方向。4、將發(fā)射和接收喇叭天線均調(diào)整為水平極化。5、開啟DH1121B型信號源和DH926AD型數(shù)據(jù)采集儀。6、在衍射角為0°，即收發(fā)喇叭正對時，調(diào)整反射信號電平使數(shù)據(jù)采集儀表頭指示接近滿刻度。7、將活動臂從衍射角0°開始偏轉(zhuǎn)一定角度，使衍射角每改變2°讀取一次電表讀數(shù)，并填寫表。8、由表1.2，畫出單縫衍射強(qiáng)度與衍射角的關(guān)系曲線。并根據(jù)工作波長和縫寬算出一級極小和一級極大的衍射角，并填入表，與實驗曲線上求得的一級極小和極大的衍射角進(jìn)行比較（本實驗的λ波長可由相應(yīng)標(biāo)尺示數(shù)與給定的表格上的數(shù)據(jù)獲得）。9、改變極化方向為垂直極化，重復(fù)上述實驗。10、調(diào)整縫寬，觀察記錄衍射現(xiàn)象七、實驗結(jié)果及分析記錄實驗測得數(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)微波波長和縫寬算出一級極小和一級極大的衍射角，與實驗曲線上求得的一級極小和極大的衍射角進(jìn)行比較。

（1）a=70mmλ=32mm角度左側(cè)衍射寬帶右側(cè)衍射寬度07676270664644865544846401038331234281426201616101810420622241241126322854309732733432362138114032425544234621481150125222a：一級極大出現(xiàn)的角度為30，一級極小出現(xiàn)的角度為24b：衍射曲線（注：橫坐標(biāo)一個刻度等于2度）C：計算一級大以及一級小一級大：φ=arcsin（1.5λ/a）=43一級?。害?arcsin（λ/a）=27由以上可得實際值與理論有一定的差距，特別是一級大值，但是總體還是遵守了相同規(guī)律，出現(xiàn)的的不同是由于實驗存在誤差，首先儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免，其次在測量的時候產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，最后在實驗室中由于大家實驗電磁波輻射相互干擾也造成較大誤差。（2）a=50mmλ=32mm角度左側(cè)衍射寬帶右側(cè)衍射寬度042422383643533632308302810282612262414242016221818121020862255242326222821301132113412363338534075424244324632481150115211a：一級極大出現(xiàn)的角度為40，一級極小出現(xiàn)的角度為32b：衍射曲線（注：橫坐標(biāo)一個刻度等于2度）C：計算一級大以及一級小一級大：φ=arcsin（1.5λ/a）=74一級?。害?arcsin（λ/a）=39由以上可得實際值與理論有一定的差距，特別是一級大值，但是總體還是遵守了相同規(guī)律，出現(xiàn)的的不同是由于實驗存在誤差，首先儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免，其次在測量的時候產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，最后在實驗室中由于大家實驗電磁波輻射相互干擾也造成較大誤差。（3）a=20mmλ=32mm角度左側(cè)衍射寬帶右側(cè)衍射寬度01212212124121261110812101014121216161418161620181817122014122210824121026161428101230810321010341212368638534022425344664642482250115211a：一級極大出現(xiàn)的角度為16，一級極小出現(xiàn)的角度為22b：衍射曲線（注：橫