電磁波與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告_第二次

1、電磁波與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目: 電磁波與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)課 學(xué) 院 電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù)班 級(jí) 2013211206 組 員 金陽(yáng) 王越 薛鵬輝執(zhí)筆人 金陽(yáng) 2016年 3 月實(shí)驗(yàn)三 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諄?lái)自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的影響二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理 a 當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹線， b 則每一條狹鍵就是次級(jí)波波源。由兩縫發(fā)出的次級(jí) a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，光通過(guò)每個(gè)縫也有衍射現(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(lái)自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的結(jié)果，令雙縫的縫

2、寬a接近，例如：=32mm， a=40mm，這時(shí)單縫的一級(jí)極小接近530。因此取較大的 圖31 雙縫干涉b，則干涉強(qiáng)度受縫衍射的影響小，當(dāng)b較小時(shí)，干涉強(qiáng)度受單縫衍射影響大（如圖31所示）。干涉加強(qiáng)的角度為：，式中K=l、2、；干涉減弱的角度為：式中K=l、2、。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟如圖32所示，儀器連接時(shí)，預(yù)先接需要調(diào)整雙縫縫衍射板的縫寬，當(dāng)該板放到支座上時(shí)，應(yīng)使狹縫平面與支座下面的小圓盤(pán)上的某一對(duì)刻線一致，此刻線應(yīng)與工作平臺(tái)上的90刻度的對(duì)線一致。轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)使固定臂的指針在小平臺(tái)的180處，此時(shí)小平臺(tái)的0就是狹縫平面的法線方向。這時(shí)調(diào)整信號(hào)電平使表頭指示接近滿度。然后從衍射角0開(kāi)始，在雙縫的

3、兩側(cè)使衍射角每改變1讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來(lái)。由于衍射板橫向尺寸小，所以當(dāng)b取得較大時(shí)，為了避免接收喇叭直接收到發(fā)射喇叭的發(fā)射波或通過(guò)板的邊緣過(guò)來(lái)的波，活動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)小些。圖32 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)儀器的布置五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析由于儀器的問(wèn)題，發(fā)射波強(qiáng)度無(wú)法正常調(diào)整，所以部分組數(shù)據(jù)最大值沒(méi)有達(dá)到電流表滿偏2/3以上。由此無(wú)法確定的極小值，以估算確定。加粗斜體的組為極大值或極小值。角度/度縫寬a=40mm雙縫間距b=80mm波長(zhǎng)=32mm右衍射強(qiáng)度縫寬a=30mm雙縫間距b=70mm波長(zhǎng)=32mm右衍射強(qiáng)度縫寬a=30mm雙縫間距b=50mm波長(zhǎng)=32mm右衍射強(qiáng)度027292812727272

4、242526320212441418205812166471172488026901410002110001210013400147101510201611401712501814601914822015123211416622141792311181024616112531412261911270510280392901630105第一組數(shù)據(jù)的第零級(jí)極大在0度左右，第一級(jí)極小在10度左右；第一極大在20度左右。第二組數(shù)據(jù)的第零級(jí)極大在0度左右，第一級(jí)極小在12度左右；第一極大在23度左右。第三組數(shù)據(jù)的第零級(jí)極大在0度左右，第一級(jí)極小在15度左右；第一極大在25度左右。六、數(shù)據(jù)分析： 1）、從

5、總體上看，入射角與反射角相差不大，在誤差范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為相等，驗(yàn)證了電磁波的衍射定律。2）、由于儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無(wú)法避免，并且在測(cè)量的時(shí)候產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，所以左側(cè)衍射強(qiáng)度不會(huì)完全等于右側(cè)衍射強(qiáng)度，但是兩邊的強(qiáng)度趨勢(shì)基本可以保持一致，說(shuō)明其中一側(cè)數(shù)據(jù)受到的外界干擾比較強(qiáng)，誤差分析：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于本組儀器受到其他組同學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器發(fā)出的電磁波的干擾，接收的電磁波與理論電磁波有差異，對(duì)結(jié)果影響較大。實(shí)驗(yàn)中，讀數(shù)均由同學(xué)目測(cè)，因此讀數(shù)誤差也較大。儀器轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大時(shí)可能從擋板旁邊直接接收到發(fā)送端發(fā)出的電磁波，也對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了誤差。當(dāng)縫寬=40mm雙縫間距=80mm波長(zhǎng)=32mm時(shí)，衍射強(qiáng)度隨角度變

6、化關(guān)系如下圖當(dāng)縫寬=30mm雙縫間距=70mm波長(zhǎng)=32mm時(shí)，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖當(dāng)縫寬=30mm雙縫間距=50mm波長(zhǎng)=32mm時(shí)，衍射強(qiáng)度隨角度變化關(guān)系如下圖思考題：1、答：當(dāng)a+b越大時(shí)，第一級(jí)極大和極小出現(xiàn)的角度將會(huì)逐漸變小； 當(dāng)a+b越小時(shí)，第一級(jí)極大和極小出現(xiàn)的角度將會(huì)逐漸變大。2、答：當(dāng)b趨近于0時(shí)，第一級(jí)極大出現(xiàn)的地點(diǎn)將主要取決于a的取值。實(shí)驗(yàn)四 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆掌矫娌ㄩL(zhǎng)的測(cè)量方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)的基本原理見(jiàn)圖41，在平面波前進(jìn)的方向上放置成450的半透射板。由于該板的作用，將入射波分成兩束波，一束向A方向傳播，

7、另一束向B方向傳播。由于A、B處全反射板的作用，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，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)位相差為的奇數(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(zhǎng)。 A(固定反射板) 發(fā)射喇叭B(可移反射板) 接收喇叭 圖41 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟如圖42所示，使兩喇叭口面互成900。半透射板與兩喇叭軸線互成450，將讀數(shù)機(jī)構(gòu)通過(guò)它本身上帶有的兩個(gè)螺釘旋入底座上，使其固定在底座上，

8、再插上反射扳，使固定反射板的法線與接受喇叭的軸線一致，可移反射板的法錢(qián)與發(fā)射喇叭軸線一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)。將可移反射板移到讀致機(jī)構(gòu)的一端，在此附近測(cè)出一個(gè)極小的位置，然后旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機(jī)構(gòu)上的手柄使反射扳移動(dòng)，從表頭上測(cè)出（n1）個(gè)極小值，并同時(shí)從讀數(shù)機(jī)構(gòu)上得到相應(yīng)的位移讀數(shù)，從而求得可移反射板的移動(dòng)距離L。則波長(zhǎng)。圖42 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)儀器的布置五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格如下：1(mm)2(mm)3(mm)D16.6666.6056.623D211.27411.31511.296D323.32023.09023.204D438.74542.97539.560D557.11055.16555.892

9、波長(zhǎng)25.22224.28024.635平均值24.712計(jì)算傳播常數(shù)： 很據(jù)公式傳播常數(shù)K=2/入得，K0.254波長(zhǎng)分析： 根據(jù)儀器表上得到的頻率計(jì)算出的波長(zhǎng)為34.001mm,與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的實(shí)際波長(zhǎng)27.712mm相差略大，但經(jīng)反復(fù)排查并無(wú)操作問(wèn)題，所以做了如下誤差分析。 誤差分析：（1）由于實(shí)驗(yàn)的測(cè)量度數(shù)較小，因此人為的讀數(shù)誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)影響很大。（2）實(shí)驗(yàn)儀器的精確度的關(guān)系以及鏡片的清晰程度，讀數(shù)會(huì)導(dǎo)致誤差。(3) 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，外界的電磁波以及其他實(shí)驗(yàn)組儀器產(chǎn)生的電磁波多此次實(shí)驗(yàn)均有影響。(4）旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機(jī)構(gòu)時(shí)，會(huì)連帶上方固定的金屬反射板晃動(dòng)，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，產(chǎn)生誤差。(5）發(fā)射波源方向與

10、反射玻璃板不一定準(zhǔn)確成45，玻璃板與兩反射板不一定準(zhǔn)確成45，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大影響。思考題： 測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)，介質(zhì)板位置如果旋轉(zhuǎn)90度，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，能否準(zhǔn)確測(cè)量波長(zhǎng)？答:如上圖，兩條路依然會(huì)有波程差，但是，有一條路的電磁波經(jīng)過(guò)兩次半透射板，又經(jīng)過(guò)兩次反射，所以這條路上電磁波的衰弱程度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另一條路的電磁波，所以當(dāng)兩條波合成的時(shí)候，干涉的增強(qiáng)和衰減作用就沒(méi)有那么明顯了，所以不能準(zhǔn)確測(cè)量波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)五 極化實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?培養(yǎng)綜合性設(shè)計(jì)電磁波實(shí)驗(yàn)方案的能力2驗(yàn)證電磁波的馬呂斯定理二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理平面電磁波是橫波，它的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E和波長(zhǎng)的傳播方向垂直。如果E在垂直于傳

11、播方向的平面內(nèi)沿著一條固定的直線變化，這樣的橫電磁波叫線極化波。在光學(xué)中也叫偏振波。偏振波電磁場(chǎng)沿某一方向的能量有一定關(guān)系。這就是光學(xué)中的馬呂斯定律：式中I為偏振波的強(qiáng)度，為I與I0間的夾角。 DH926B型分光儀兩喇叭口面互相平行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的；在該軸承環(huán)的90度范圍內(nèi)，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的轉(zhuǎn)角可以從此處讀到。四、實(shí)驗(yàn)步驟1設(shè)計(jì)利用S426型分光儀驗(yàn)證電磁波馬呂斯定律的方案；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，可得設(shè)計(jì)方案：將S426型分光儀兩喇叭口面互相平行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的；在該

12、軸承環(huán)的90度范圍內(nèi)，每隔5度有一刻度，接收喇叭課程從此處讀?。ㄒ?0度為步長(zhǎng)），繼而進(jìn)行驗(yàn)證。2根據(jù)設(shè)計(jì)的方案，布置儀器，驗(yàn)證電磁波的馬呂斯定律。實(shí)驗(yàn)儀器布置通過(guò)調(diào)節(jié)，使A1取一較大值，方便實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。然后，再利用前面推導(dǎo)出的，將儀器按下圖布置。A1五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)0102030405060708090理論值8986.378.666.852.236.822.310.42.70實(shí)驗(yàn)值89878272614426910相對(duì)誤差%00.80.62.22.30.511.114.325.9-1、數(shù)據(jù)分析：由數(shù)據(jù)可看出，實(shí)驗(yàn)值跟理論值是接近的，相對(duì)誤差基本都很小，在誤差允許范圍內(nèi)，所以可以認(rèn)為馬呂斯定律得到了

13、驗(yàn)證。2、誤差分析：實(shí)驗(yàn)中可能存在儀器儀表誤差，人為誤差以及各組互相影響造成的誤差等。但是角度比較大的時(shí)候，相對(duì)誤差都比較小，也比較精準(zhǔn)。角度比較小的時(shí)候，由于理論值較小，相對(duì)誤差會(huì)大一點(diǎn)，但是從整體趨勢(shì)來(lái)看，結(jié)果也是合理的。所以不影響我們對(duì)馬呂斯定律進(jìn)行驗(yàn)證。六、思考題1、垂直極化波是否能夠發(fā)生折射？為什么？給出推導(dǎo)過(guò)程。答：不能。垂直極化波入射在兩種媒質(zhì)的分界面上，反射系數(shù)和折射系數(shù)分別為： 對(duì)于一般媒質(zhì)，可以證明，垂直極化波無(wú)論是從光疏媒質(zhì)射入光密媒質(zhì)，還是從光密媒質(zhì)射入光疏媒質(zhì)，總有，所以不可能發(fā)生全反射。沿任意方向極化的平面電磁波，以入射到兩種媒質(zhì)的分界面上時(shí)反射波中只有垂直極化波分量，利用這種方法可以產(chǎn)生垂直極化波。2、本實(shí)驗(yàn)，水平極化和垂直極化可以調(diào)節(jié)嗎?平行極化波如何調(diào)節(jié)出來(lái)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,如何驗(yàn)證全折射的原理？答：可以調(diào)節(jié)。如果喇叭天線窄邊平行于地面，則稱水平極化，如果喇叭天線寬邊垂直于地面，則稱垂直極化。驗(yàn)證電磁波全折射原理的實(shí)驗(yàn)方案：首先根據(jù)以下推導(dǎo)，求出。（相關(guān)系數(shù)可查書(shū)）極化波反射系數(shù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)：通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我們更加熟悉了S426型分光儀的使用，也感受到電磁波與光波一樣，存在類似的反射與干涉現(xiàn)象，從中體會(huì)到了電磁波的波動(dòng)性，讓我們對(duì)看不見(jiàn)的電磁波有了更加直觀的感受。我們感到深受啟發(fā)。對(duì)本課程的建議：對(duì)單