北郵電磁場與微波測量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一電磁波反射和折射實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一電磁波反射和折射實(shí)驗(yàn)學(xué)院：電子工程學(xué)院班級：2011211204學(xué)號：2011210986執(zhí)筆人姓名：組員：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉S426型分光儀的使用方法。2、掌握分光儀驗(yàn)證電磁波反射定律的方法。3、掌握分光儀驗(yàn)證電磁波折射定律的方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器S426型分光儀

三、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。驗(yàn)證均勻平面波在無耗媒質(zhì)中的傳播特性；均勻平面波垂直入射理想電解質(zhì)表面的傳播特性。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、熟悉分光儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)整方法。2、連接儀器，調(diào)整系統(tǒng)。如下頁圖1所示，儀器連接時(shí)，兩喇叭口面應(yīng)互相正對，他們各自的軸線應(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（與支座上刻線對齊）拉起平臺上四個(gè)壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度放下，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(shí)，應(yīng)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(shí)，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刻度的一對刻線一致。這時(shí)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，這角度的讀數(shù)就是入射角，然后轉(zhuǎn)動活動臂在電流表上找到最大指示處，此時(shí)活動臂的指針?biāo)傅目潭染褪欠瓷浣?。如果此時(shí)表頭指示太呆或太小，應(yīng)調(diào)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。注意：做此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，入射角最好取30至65度之間。因?yàn)槿肷浣翘蠼邮芾扔锌赡苤苯咏邮苋肷洳?。系統(tǒng)的調(diào)整和周圍環(huán)境的影響。圖SEQ圖表\*ARABIC1：反射實(shí)驗(yàn)儀器的布置

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析記錄實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)，驗(yàn)證電磁波的反射定律1、金屬板全反射實(shí)驗(yàn)入射角（度）3035404550556065反射角（度）24.52935.54347535864相對誤差（%）18.317.111.254.4463.633.331.541）數(shù)據(jù)分析：

由表格可知，入射角與反射角近似相等，可以驗(yàn)證電磁波的反射定律。

2）誤差分析：A、由表格觀察，當(dāng)入射角大于等于40度時(shí)，入射波和反射波的差異較小，在誤差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為相等，驗(yàn)證了電磁波的反射定律，而此時(shí)導(dǎo)致誤差的原因有實(shí)驗(yàn)環(huán)境、系統(tǒng)誤差與人為誤差。

B、而當(dāng)入射角為30度或35度時(shí)，入射波與反射波差異較大，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了避免偶然性，我們對這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)誤差依舊較大，入射角與相對誤差可表現(xiàn)為下圖：

如上圖所示，由于在入射角比較小時(shí)誤差較大，又無法避免，我們推測這可能是實(shí)驗(yàn)環(huán)境與系統(tǒng)誤差造成的。此外，還有人為誤差，但我們進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果取平均后誤差依舊很大，我們猜想，在這種情況下人為誤差可能影響小于實(shí)驗(yàn)環(huán)境與系統(tǒng)誤差。

隨即我們認(rèn)為，這種誤差可能是當(dāng)時(shí)反射實(shí)驗(yàn)儀器的喇叭能轉(zhuǎn)動，但是只能目測其是否在軸線上，當(dāng)時(shí)我們使用帶直角的反射板對其進(jìn)行軸線校正，但是仍不夠精確?？赡苁沁@個(gè)原因，導(dǎo)致入射角很小時(shí)，此誤差相對于較小的入射角來說較大，導(dǎo)致誤差較大；而當(dāng)入射角較大時(shí)，該誤差的影響不再那么重要，因此相對誤差較小，可以近似認(rèn)為相等。

C、此外，在調(diào)整反射板平面與小平臺90刻度的一對刻度一致時(shí)，由于反射板自帶厚度，也會有一定誤差。2、觀察介質(zhì)板（玻璃板）上的反射和折射實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和表格，計(jì)算反射系數(shù)和透射系數(shù)，驗(yàn)證透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于1。已知：透射系數(shù)T是用入射波的概率流與透射波的概率流來定義的：透射系數(shù)=透射波的概率流/入射波的概率流類似地，反射系數(shù)R是用入射波的概率流與反射波的概率流來定義的：反射系數(shù)=反射波的概率流入射波的概率流/則應(yīng)該有：T+R=1

測量數(shù)據(jù)如下表所示：（入射波概率流=62uA）入射角（度）3035404550556065反射最大I（uA）4446525662596550折射最大I（uA）1514131218142022反射系數(shù)T0.710.740.830.901.000.951.040.80透射系數(shù)R0.240.230.210.190.290.230.320.35T+R0.950.971.041.091.291.181.361.15|T+R-1|0.050.030.040.090.290.180.360.151）數(shù)據(jù)分析：通過調(diào)整可變衰減器，設(shè)置在未插入玻璃板時(shí)測得電流最大值為62μA。但是因?yàn)榘l(fā)射天線發(fā)射的電磁波沒有全部到達(dá)接受天線，所以雖然未插入玻璃時(shí)測量值為62μA，但是實(shí)際測得反射最大值與折射最大值之和要大于62μA。由表格得到，透射系數(shù)+反射系數(shù)都是近似1或大于1的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境的限制導(dǎo)致的誤差以及人為測量的誤差導(dǎo)致結(jié)果不是精確等于1，但是在誤差允許范圍內(nèi)驗(yàn)證了透射系數(shù)和反射系數(shù)相加等于1。2）誤差分析A、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境限制，空間有限，導(dǎo)致不同組之間的電磁波可能會相互干擾，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分光儀設(shè)備的測量精度誤差。B、刻度盤和電流表讀數(shù)不夠精確，調(diào)整儀器對齊不夠準(zhǔn)確等帶來的人為誤差。

C、此外考慮到測量電磁波反射定律時(shí)入射角較小時(shí)反射角較小這一現(xiàn)象可能對該實(shí)驗(yàn)也有影響，此時(shí)可參照前面的誤差分析。

六、思考題1、在衰減器旁邊的螺釘有什么作用？衰減器是一種能量損耗性射頻/微波元件，元件內(nèi)部含有電阻性材料。通過調(diào)節(jié)旁邊的螺釘可以調(diào)節(jié)入射電磁波的能量強(qiáng)度，起調(diào)節(jié)波強(qiáng)的作用。2、電磁波的反射和激光反射有何相同之處以及不同之處？激光也是電磁波。1）相同之處：它們都遵循反射定律，即反射角等于入射角2）不同之處：激光：各個(gè)發(fā)光中心發(fā)出的光波都具有相同的頻率、方向、偏振態(tài)和嚴(yán)格的位相關(guān)系，即它們的頻率（或波長）一致、相位一致、偏振方向一致、傳播方向一致，具有強(qiáng)度高，單色性好、相干性好和方向性好等特點(diǎn)。普通電磁波：普通波以自發(fā)輻射為主，各個(gè)發(fā)光中心發(fā)出的光波無論方向、位相或者偏振態(tài)都各不相同電磁波反射不可見，激光反射可見。電磁波反射成條帶狀分布，由于定向發(fā)光的特點(diǎn)，激光反射為直線。電磁波反射多種頻率，能量分散，激光反射單一頻率，能量高度集中。

3、測量反射角的過程中，出現(xiàn)幾次極大值，為什么？

測量反射角過程中，應(yīng)出現(xiàn)2次極大值，一次是因?yàn)榘l(fā)生全反射，一次是因?yàn)楫a(chǎn)生布儒斯特角，兩次能量達(dá)到極大。4、透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于1？為什么，進(jìn)行誤差分析。

否。

誤差分析：由于實(shí)驗(yàn)室空間限制，不同組織間會有電磁波相互干擾。此外還有儀器的系統(tǒng)誤差，讀數(shù)時(shí)的人為誤差。

1）對于大于1的數(shù)據(jù)，可能開始時(shí)發(fā)射天線的電磁波沒有全部到達(dá)接收天線，而導(dǎo)致計(jì)算透射系數(shù)和反射系數(shù)時(shí)的誤差。2）而對于小于1的數(shù)據(jù)，其在入射角小的情況下出現(xiàn)，參照全反射的測量分析，還可能有喇叭軸線校正不規(guī)范等原因。反射實(shí)驗(yàn)儀器的喇叭能轉(zhuǎn)動，但是只能目測其是否在軸線上，當(dāng)時(shí)我們使用帶直角的反射板對其進(jìn)行軸線校正，但是仍不夠精確?？赡苁沁@個(gè)原因，導(dǎo)致入射角很小時(shí)，此誤差相對于較小的入射角來說較大，導(dǎo)致誤差較大；而當(dāng)入射角較大時(shí)，該誤差的影響不再那么重要，因此相對誤差較小，可以近似認(rèn)為相等。因而對該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該也有影響。

3）玻璃板由于厚度原因，在放置及實(shí)驗(yàn)時(shí)也會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)熟悉了S426分光儀的使用方法，并驗(yàn)證了電磁波反射以及折射定律。開始時(shí)因?yàn)閷Ψ止鈨x操作不熟悉以及對實(shí)驗(yàn)理解不透徹，導(dǎo)致前幾組測量讀數(shù)不準(zhǔn)確，經(jīng)過及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正后我們精確，順暢的完成了測量。從電流表上和分度轉(zhuǎn)臺上面讀數(shù)時(shí)需要十分仔細(xì)，由于量程不是足夠小，有時(shí)還需要主觀估算。團(tuán)隊(duì)之間良