哈工大電磁場與電磁波實驗報告

實用文檔電磁場與電磁波實驗報告班級：學(xué)號：姓名：同組人：實驗一電磁波的反射實驗1.實驗?zāi)康模喝魏尾▌蝇F(xiàn)象（無論是機械波、光波、無線電波），在波前進的過程中如遇到障礙物，波就要發(fā)生反射。本實驗就是要研究微波在金屬平板上發(fā)生反射時所遵守的波的反射定律。2.實驗原理：電磁波從某一入射角射到兩種不同介質(zhì)的分界面上時，其反射波總是按照反射角等于入射角的規(guī)律反射回來。如圖（1-2）所示，微波由發(fā)射喇叭發(fā)出，以入射角設(shè)到金屬板,在反射方向的位置上，置一接收喇叭，只有當(dāng)處在反射角約等于入射角時，接收到的微波功率最大，這就證明了反射定律的正確性。3.實驗儀器：本實驗儀器包括三厘米固態(tài)信號發(fā)生器，微波分度計，反射金屬鋁制平板，微安表頭。4.實驗步驟：將發(fā)射喇叭的衰減器沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，使它處于最大衰減位置；打開信號源的開關(guān)，工作狀態(tài)置于“等幅”旋轉(zhuǎn)衰減器看微安表是否有顯示，若有顯示，則有微波發(fā)射；將金屬反射板置于分度計的水平臺上，開始它的平面是與兩喇叭的平面平行。旋轉(zhuǎn)分度計上的小平臺，使金屬反射板的法線方向與發(fā)射喇叭成任意角度，然后將接收喇叭轉(zhuǎn)到反射角等于入射角的位置，緩慢的調(diào)節(jié)衰減器，使微安表顯示有足夠大的示數(shù)（50）。熟悉入射角與反射角的讀取方法，然后分別以入射角等于30、40、50、60、70度，測得相應(yīng)的反射角的大小。在反射板的另一側(cè)，測出相應(yīng)的反射角。5.數(shù)據(jù)的記錄預(yù)處理記下相應(yīng)的反射角，并取平均值，平均值為最后的結(jié)果。入射角的平均值 實驗結(jié)論：的平均值與入射角大致相等，入射角等于反射角，驗證了波的反射定律的成立。問題討論：為什么要在反射板的左右兩側(cè)進行測量然后用其相應(yīng)的反射角來求平均值？答：主要是為了消除離軸誤差，圓盤上有360°的刻度，且外部包圍圓盤的基座上相隔180°的兩處有兩個游標。，不可能使圓盤和基座嚴格同軸。

在兩者略有不同軸的情況下，只讀取一個游標的讀數(shù)，應(yīng)該引入離軸誤差加以考慮——不同軸的時候，讀取的角度差不完全等于實際角度差，圓盤半徑偏?。磮A盤的軸比基座的軸更近）的這一側(cè)測得的角度差比實際偏小，反之偏大——因此在相隔180°的兩處設(shè)置游標，兩次讀得的角度差數(shù)據(jù)進行平均，就可以有效地消除離軸誤差。電磁波的特點？答：電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直，其速度等于光速c（3×10^8m/s）。在空間傳播的電磁波，距離最近的電場（磁場）強度方向相同，其量值最大兩點之間的距離，就是電磁波的波長λ，電磁每秒鐘變動的次數(shù)便是頻率f。三者之間的關(guān)系可通過公式c=λf。電磁波的傳播不需要介質(zhì)，同頻率的電磁波，在不同介質(zhì)中的速度不同。不同頻率的電磁波，在同一種介質(zhì)中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。且電磁波只有在同種均勻介質(zhì)中才能沿直線傳播，若同一種介質(zhì)是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質(zhì)中是沿曲線傳播的。通過不同介質(zhì)時，會發(fā)生折射、反射、衍射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面?zhèn)鞑サ牡孛娌?，還有從空中傳播的空中波以及天波。波長越長其衰減也越少，電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播。機械波與電磁波都能發(fā)生折射、反射、衍射、干涉，因為所有的波都具有波動性。衍射、折射、反射、干涉都屬于波動性。電磁波的分類？答：無線電波3000米～0.3毫米（微波0.1~100厘米）紅外線0.3毫米～0.75微米可見光0.7微米～0.4微米紫外線0.4微米～10納米X射線10納米～0.1納米γ射線0.1納米～1皮米高能射線小于1皮米傳真（電視）用的波長是3～6米雷達用的波長在3米到幾毫米。實驗二電磁波的偏振實驗1、實驗?zāi)康?通過實驗研究來進一步熟悉電磁波的偏振特性。2、實驗原理 喇叭天線的增益大約是20分貝，當(dāng)發(fā)射喇叭口面的寬邊與水平面平行時，發(fā)射信號電矢量的偏振方向是垂直水平面的直線偏振波，假設(shè)該直線偏振波在接收喇叭處強度為其中是與之間的夾角，這就是光學(xué)中關(guān)于光強分布的馬呂斯定律。本實驗所用接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的，從而可在旋轉(zhuǎn)波導(dǎo)的軸承環(huán)的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收喇叭與發(fā)射喇叭之間的夾角為，則接收的信號強度是。因此，轉(zhuǎn)動接收喇叭，就可得到轉(zhuǎn)角與微安表的一組數(shù)據(jù)，并可與馬呂斯定律相比較。3、實驗步驟首先把發(fā)射喇叭和接收喇叭調(diào)到一條直線上，旋轉(zhuǎn)平臺上的定位銷，使懸臂固定，此時，使波導(dǎo)的指示在零度處。 調(diào)節(jié)衰減器，使微安表的指示足夠大（60）作為。 然后旋轉(zhuǎn)接收喇叭，每隔記下相應(yīng)的電流強度。 然后從每隔記下相應(yīng)的電流強度。4、數(shù)據(jù)的記錄與處理α°項目0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°1（I）868072604429166212（I）80786858452815611I的平均值8379705944.528.515.561.518380.5073.2962.2548.7134.2920.759.712.5005、結(jié)果分析與心得 通過兩次實測電流平均值和理論計算值相比較，可以看出實驗結(jié)果可以驗證馬呂斯定律：。類似于光的偏振現(xiàn)象，線極化電磁波經(jīng)過旋轉(zhuǎn)一定角度的矩形波導(dǎo)，會使強度減弱并滿足上述定律。另外，當(dāng)電流較大時，相對誤差較小，隨著電流的減小，相對誤差增大，電流表示數(shù)有時不穩(wěn)和讀數(shù)誤差是引起這個現(xiàn)象的原因。6、思考題（1）光波作為電磁波的一種，滿足馬呂斯定律，而本實驗驗證了電磁波的馬呂斯定律，即線極化波經(jīng)過矩形波導(dǎo)后強度的變化關(guān)系滿足，其中α為接收端波導(dǎo)轉(zhuǎn)動的角度。（2）本實驗中，旋轉(zhuǎn)矩形波導(dǎo)90°后，強度為0，若為圓極化波或混合極化波，則不會出現(xiàn)強度為零的情況。實驗三雙縫干涉實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗觀察并測量雙縫干涉的現(xiàn)象及特性。2、實驗原理rv1φ如圖3所示，在一塊金屬板上相隔b有兩個寬度ab同為a的縫隙，當(dāng)電磁波垂直入射到該金屬板上時，在兩個縫上均產(chǎn)生感應(yīng)磁流，這兩個縫隙可以看成為兩 rv2個天線，金屬板背面的場是這兩個縫隙輻射場的疊加 a（干涉的結(jié)果）。當(dāng)b的值較大時，即忽略兩個縫隙之間的相互影響，則金屬背面的場為EE1E2其中E1和E2分別為兩個縫隙輻射的場，因為金屬板與入射線垂直，則兩個縫隙上的感應(yīng)磁流相同，即則總場的幅度為E2E1sin[k(ab)sin因此當(dāng)sin[k(ab)sin]/21即[k(ab)sin]/2(2n1)/2，時，總場（干涉場）出現(xiàn)減弱）當(dāng)sin[k(ab)sin]/20即[k(ab)sin]/2n時，總場（干涉場）出現(xiàn)加強。3、實驗系統(tǒng)構(gòu)建發(fā)射、接收喇叭安裝同實驗一，取工作波長32mm；調(diào)節(jié)雙縫鋁板，使縫的寬度為a40mm，b130mm；將雙縫板安裝到支座上，使鋁板平面與小圓盤上的某一對刻度線一致，此刻度線應(yīng)與工作臺上的900刻度的一對線一致；(4)轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針指向小平臺的1800處，此時小平臺的00就是縫隙平面的法線方向；圖6雙縫干涉實驗系統(tǒng)及雙縫板4、實驗步驟按照信號源操作規(guī)程接通電源；調(diào)節(jié)衰減器使微安表的讀數(shù)指到合適位置（80ìA）；從衍射角00開始，每改變20讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來。做完實驗后關(guān)閉電源，將衰減器的衰減調(diào)至最大。5、實驗數(shù)據(jù)角度光強0°2°4°6°8°10°12°14°16°18°I右44382528445848342535I左4325112414823951420°22°24°26°28°30°32°34°36°38°6072735852442226242529211015201241240°42°44°46°48°50°52°54°56°58°50758653130822208332475從表中可以讀出一級極小的角度約為5°，一級級大的角度約為10°由公式推導(dǎo)出一級極小的角度為5.4°，以及極大的角度約為10.8°，實驗結(jié)果與理論值相符。實驗現(xiàn)象的分析和討論：雙縫干涉實驗中，發(fā)射喇叭發(fā)射的能量經(jīng)過雙縫后，在空間形成了干涉現(xiàn)象，隨著衍射角的變化，接收