电磁波与微波测量实验报告第二次.docx
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电磁波与微波测量实验报告第二次
电磁波与微波测量实验报告
题目:
电磁波与微波测量实验课
学院电子工程学院
专业电子科学与技术
班级2013211206
组员金阳王越薛鹏辉
执笔人金阳
2016年3月
实验三双缝干涉实验
一、实验目的
掌握来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的影响
二、实验设备
S426型分光仪
三、实验原理a
当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线，b
则每一条狭键就是次级波波源。
由两缝发出的次级
a
波是相干波，因此在金属板的背后面空间中，将产
生干涉现象。
当然，光通过每个缝也有衍射现象。
因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。
为了只
研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射波相互干
涉的结果，令双缝的缝宽a接近λ，例如：
λ=32mm，
a=40mm，这时单缝的一级极小接近530。
因此取较大的图3－1双缝干涉
b，则干涉强度受缝衍射的影响小，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大（如图3－1所示）。
干涉加强的角度为：
，式中K=l、2、……；
干涉减弱的角度为：
式中K=l、2、……。
四、实验内容与步骤
如图3－2所示，仪器连接时，预先接需要调整双缝缝衍射板的缝宽，当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的90°刻度的对线一致。
转动小平台使固定臂的指针在小平台的180°处，此时小平台的0°就是狭缝平面的法线方向。
这时调整信号电平使表头指示接近满度。
然后从衍射角0°开始，在双缝的两侧使衍射角每改变1°读取一次表头读数，并记录下来。
由于衍射板横向尺寸小，所以当b取得较大时，为了避免接收喇叭直接收到发射喇叭的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应小些。
图3－2双缝干涉实验仪器的布置
五、实验数据及分析
由于仪器的问题，发射波强度无法正常调整，所以部分组数据最大值没有达到电流表满偏2/3以上。
由此无法确定的极小值，以估算确定。
加粗斜体的组为极大值或极小值。
角度/度
缝宽a=40mm
双缝间距b=80mm
波长λ=32mm
右衍射强度
缝宽a=30mm
双缝间距b=70mm
波长λ=32mm
右衍射强度
缝宽a=30mm
双缝间距b=50mm
波长λ=32mm
右衍射强度
0
27
29
28
1
27
27
27
2
24
25
26
3
20
21
24
4
14
18
20
5
8
12
16
6
4
7
11
7
2
4
8
8
0
2
6
9
0
1
4
10
0
0
2
11
0
0
0
12
1
0
0
13
4
0
0
14
7
1
0
15
10
2
0
16
11
4
0
17
12
5
0
18
14
6
0
19
14
8
2
20
15
12
3
21
14
16
6
22
14
17
9
23
11
18
10
24
6
16
11
25
3
14
12
26
1
9
11
27
0
5
10
28
0
3
9
29
0
1
6
30
1
0
5
第一组数据的第零级极大在0度左右，第一级极小在10度左右；第一极大在20度左右。
第二组数据的第零级极大在0度左右，第一级极小在12度左右；第一极大在23度左右。
第三组数据的第零级极大在0度左右，第一级极小在15度左右；第一极大在25度左右。
六、数据分析：
1）、从总体上看，入射角与反射角相差不大，在误差范围内可以近似认为相等，验证了电磁波的衍射定律。
2）、由于仪器产生的系统误差无法避免，并且在测量的时候产生的随机误差，所以左侧衍射强度不会完全等于右侧衍射强度，但是两边的强度趋势基本可以保持一致，说明其中一侧数据受到的外界干扰比较强，
误差分析：
在实验过程中，由于本组仪器受到其他组同学实验仪器发出的电磁波的干扰，接收的电磁波与理论电磁波有差异，对结果影响较大。
实验中，读数均由同学目测，因此读数误差也较大。
仪器转动角度过大时可能从挡板旁边直接接收到发送端发出的电磁波，也对实验结果产生了误差。
当缝宽=40mm双缝间距=80mm波长=32mm时，衍射强度随角度变化关系如下图
当缝宽=30mm双缝间距=70mm波长=32mm时，衍射强度随角度变化关系如下图
当缝宽=30mm双缝间距=50mm波长=32mm时，衍射强度随角度变化关系如下图
思考题：
1、答：
当a+b越大时，第一级极大和极小出现的角度将会逐渐变小；
当a+b越小时，第一级极大和极小出现的角度将会逐渐变大。
2、答：
当b趋近于0时，第一级极大出现的地点将主要取决于a的取值。
实验四迈克尔逊干涉实验
一、实验目的
掌握平面波长的测量方法
二、实验设备
S426型分光仪
三、实验原理
迈克尔逊干涉实验的基本原理见图4－1，在平面波前进的方向上放置成450的半透射板。
由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A方向传播，另一束向B方向传播。
由于A、B处全反射板的作用，两列波就再次回到半透射板并到达接收喇叭处。
于是接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的两个波。
如果这两个波的位相差为2π的整数倍。
则干涉加强；当位相差为π的奇数倍则干涉减弱。
因此在A处放一固定板，让B处的反射板移动，当表头指示从一次极小变到又一次极小时，则B处的反射板就移动λ／2的距离．因此有这个距离就可求得平面波的波长。
A（固定反射板）
发射喇叭
B（可移反射板）
接收喇叭
图4－1迈克尔逊干涉实验原理
四、实验内容及步骤
如图4－2所示，使两喇叭口面互成900。
半透射板与两喇叭轴线互成450，将读数机构通过它本身上带有的两个螺钉旋入底座上，使其固定在底座上，再插上反射扳，使固定反射板的法线与接受喇叭的轴线一致，可移反射板的法钱与发射喇叭轴线一致。
实验时。
将可移反射板移到读致机构的一端，在此附近测出一个极小的位置，然后旋转读数机构上的手柄使反射扳移动，从表头上测出（n＋1）个极小值，并同时从读数机构上得到相应的位移读数，从而求得可移反射板的移动距离L。
则波长
。
图4－2迈克尔逊干涉实验仪器的布置
五、实验数据及分析
实验数据表格如下：
1（mm）
2（mm）
3（mm）
D1
6.666
6.605
6.623
D2
11.274
11.315
11.296
D3
23.320
23.090
23.204
D4
38.745
42.975
39.560
D5
57.110
55.165
55.892
波长
25.222
24.280
24.635
平均值
24.712
计算传播常数：
很据公式传播常数K=2∏/入得，K≈0.254
波长分析：
根据仪器表上得到的频率计算出的波长为34.001mm,与实验测得的实际波长27.712mm相差略大，但经反复排查并无操作问题，所以做了如下误差分析。
误差分析：
（1）由于实验的测量度数较小，因此人为的读数误差对实验影响很大。
（2）实验仪器的精确度的关系以及镜片的清晰程度，读数会导致误差。
（3）在实验过程中，外界的电磁波以及其他实验组仪器产生的电磁波多此次实验均有影响。
（4）旋转读数机构时，会连带上方固定的金属反射板晃动，导致读数不准确，产生误差。
（5）发射波源方向与反射玻璃板不一定准确成45°，玻璃板与两反射板不一定准确成45°，对实验结果有很大影响。
思考题：
测量波长时，介质板位置如果旋转90度，将会出现什么现象，能否准确测量波长？
答:
如上图，两条路依然会有波程差，但是，有一条路的电磁波经过两次半透射板，又经过两次反射，所以这条路上电磁波的衰弱程度会远远大于另一条路的电磁波，所以当两条波合成的时候，干涉的增强和衰减作用就没有那么明显了，所以不能准确测量波长。
实验五极化实验
一、实验目的
1．培养综合性设计电磁波实验方案的能力
2．验证电磁波的马吕斯定理
二、实验设备
S426型分光仪
三、实验原理
平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E和波长的传播方向垂直。
如果E在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。
在光学中也叫偏振波。
偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系。
这就是光学中的马吕斯定律：
式中I为偏振波的强度，
为I与I0间的夹角。
DH926B型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的转角可以从此处读到。
四、实验步骤
1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案；
根据实验原理，可得设计方案：
将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，接收喇叭课程从此处读取
（以10度为步长），继而进行验证。
2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律。
实验仪器布置
通过调节，使A1取一较大值，方便实验进行。
然后，再利用前面推导出的
，将仪器按下图布置。
五、实验数据
θ°
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
理论值
89
86.3
78.6
66.8
52.2
36.8
22.3
10.4
2.7
0
实验值
89
87
82
72
61
44
26
9
1
0
相对误差%
0
0.8
0.6
2.2
2.3
0.5
11.1
14.3
25.9
-
1、数据分析：
由数据可看出，实验值跟理论值是接近的，相对误差基本都很小，在误差允许范围内，所以可以认为马吕斯定律得到了验证。
2、误差分析：
实验中可能存在仪器仪表误差，人为误差以及各组互相影响造成的误差等。
但是角度比较大的时候，相对误差都比较小，也比较精准。
角度比较小的时候，由于理论值较小，相对误差会大一点，但是从整体趋势来看，结果也是合理的。
所以不影响我们对马吕斯定律进行验证。
六、思考题
1、垂直极化波是否能够发生折射？
为什么？
给出推导过程。
答：
不能。
垂直极化波入射在两种媒质的分界面上，反射系数
和折射系数
分别为：
对于一般媒质
，
，可以证明，垂直极化波无论是从光疏媒质射入光密媒质，还是从光密媒质射入光疏媒质，总有
，
，所以不可能发生全反射。
沿任意方向极化的平面电磁波，以
入射到两种媒质的分界面上时反射波中只有垂直极化波分量，利用这种方法可以产生垂直极化波。
2、本实验，水平极化和垂直极化可以调节吗?
平行极化波如何调节出来，自行设计实验方案,如何验证全折射的原理？
答：
可以调节。
如果喇叭天线窄边平行于地面，则称水平极化，如果喇叭天线宽边垂直于地面，则称垂直极化。
验证电磁波全折射原理的实验方案：
首先根据以下推导，求出
。
（相关系数可查书）
极化波反射系数
实验总结：
通过这次实验，我们更加熟悉了S426型分光仪的使用，也感受到电磁波与光波一样，存在类似的反射与干涉现象，从中体会到了电磁波的波动性，让我们对看不见的电磁波有了更加直观的感受。
我们感到深受启发。
对本课程的建议：
对单缝双缝衍射实验以及玻璃板透射实验在进行测量的时候，当测量偏转角度较大时（45度以上），往往会受到一个比预估值要高出许多的测量值，后来经我们组研究发现，是偏转角度过大时挡板的宽度不够，从发射端可以直接从挡板旁边经过到达接受端，当我们用书挡住挡板旁边的空间时，测量值确实也下降成正常水平，验证了我们的猜想是正确的。
据此我对实验提出的一点小建议就是，如果不能更换新的更宽的挡板，就要避免实验过程中测量角度过大的数据，否则将会出现非常怪异的数据。
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