驗(yàn)證電磁波的反射和折射定律

成績(jī)信息與通信工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)信息與通信工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告操作性實(shí)驗(yàn)）課程名稱：電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)題目：驗(yàn)證電磁波的反射和折射定律一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)驗(yàn)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)儀器及器件儀器名稱數(shù)量1分度轉(zhuǎn)臺(tái)1臺(tái)2喇叭天線1對(duì)33厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)4晶體檢波器1個(gè)5可變衰減器1個(gè)6微安表1個(gè)7讀數(shù)機(jī)構(gòu)1個(gè)8支座、支柱、視頻電纜、介質(zhì)板等附件若干

三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及原理物來研究當(dāng)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(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。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(jiǎn)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(shí)，入射波、反射波和折射波的電磁場(chǎng)可用下列公式表示：入射波場(chǎng)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(chǎng)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(shí)，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(shí)驗(yàn)步驟測(cè)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(cè)試儀的輻射喇叭與接收喇叭置于平行極化工作狀態(tài)，對(duì)于測(cè)試良好導(dǎo)體的全反射，我們同樣采取計(jì)劃工作波狀態(tài)1、連接儀器。兩喇叭口面應(yīng)互相正對(duì)，它們各自的軸線應(yīng)在一條直線上。調(diào)節(jié)喇叭的朝向使得電流指示表達(dá)到最大值時(shí)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(duì)齊。玻璃板的法線方向?qū)ζ?-180度。2、 轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，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(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)i臂，當(dāng)活動(dòng)臂上的微安表有最大示數(shù)時(shí)，記下折射角0；在玻璃板的前方轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)臂，當(dāng)活z動(dòng)臂上的微安表有最大示數(shù)時(shí)，記下反射角0。r3、 重復(fù)上述步驟并記錄。圖1-2儀器安裝理論圖圖3實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖四、實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)體板上的反射試驗(yàn)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(yàn)次數(shù)1112131415入射角56°58°60°62°65°反射角51.5°52°52°60°60°五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及處理做此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，入射角最好取20至60度之間。因?yàn)槿肷浣翘蠼邮芾扔锌赡苤苯咏邮苋肷洳?。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(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)角度的反射實(shí)驗(yàn)中反射角與入射角有一定差異。我們認(rèn)為這些差異主要由于以下實(shí)驗(yàn)誤差引起。放置金屬板、玻璃板時(shí)板面與小平臺(tái)上90度刻線無法完全一致；讀取電流值時(shí)由于指針時(shí)常擺動(dòng)造成讀數(shù)不準(zhǔn)；入射角較大時(shí)接收到的反射電磁波可能已部分直接來源于入射源；實(shí)驗(yàn)中來自其他實(shí)驗(yàn)組的儀器干擾；各種反射和手機(jī)等的影響。實(shí)驗(yàn)員實(shí)驗(yàn)過程中身體活動(dòng)帶來一定干擾；其他實(shí)驗(yàn)誤差。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與感悟（或討論）總結(jié)實(shí)驗(yàn)：對(duì)實(shí)驗(yàn)的感受和領(lǐng)悟；以及對(duì)實(shí)驗(yàn)中某些問題、現(xiàn)象、方法、數(shù)據(jù)、結(jié)果等等內(nèi)容的討論。本次實(shí)驗(yàn)，我們首先進(jìn)行了多次調(diào)零操作，因?yàn)榘l(fā)射器喇叭要求產(chǎn)生與儀器壁水平方向的信號(hào)，而接收器喇叭也需水平接受所傳過來的信號(hào)。信號(hào)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(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差。所以在第一次實(shí)驗(yàn)