单缝衍射实验和电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量实验报告

学院：电子工程学院

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撰写人：

实验一电磁波反射和折射实验

一、实验目的

1、熟悉S426型分光仪的使用方法

2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法

3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法

二、实验设备与仪器

S426型分光仪

三、实验原理

电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。

四、实验内容步骤

1、熟悉分光仪的结构和调整方法。

2、连接仪器，调整系统。

仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示

两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，

并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个

角度后放下，即可压紧支座。

3、测量入射角和反射角

反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻

线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属

板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻

度就与金属板的法线方向一致。

转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角。

五、实验步骤

1、仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。指

示两喇叭位的指针应分别指示于工作平台的1800和刻度处。

2、将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位鞘和刻线对正支座，拉起平

台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，将支座压紧。

3、将反射金属板放在支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的900

和-900这对刻线一致。这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。

4、转动小平台，将固定臂指针调到300～650角度之间任意一位置，这时固定

臂指针所对应刻度盘上指示的刻度就是入射角的读数。

5、开启DH1121B型三厘米固态信号源。

6、转动活动臂，当表头显示出最大指示时，活动臂指针所对应刻度盘上指示

的刻度就是反射角的读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整系统发射端

的可变衰减器，使表头指示接近满量程。

7、根据不同极化方式，连续选取几个入射角进行实验，并在表中记录反射角。

六、实验结果及分析

记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律

表格分析：

（1）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。

（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，所以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在55度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在55度的入射角能产生最好的特性。

2、观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验

将金属换做玻璃板，观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象，自行设计实验步骤和表格，计算反射系数和透射系数，验证透射系数和反射系数相加是否等于1 。

注：初始入射光强为100uA，角度单位为:°

（1）、在开始测量时把最大值设为满量程即100uA.

（2）、反射最大值与折射最大值之和要大于100uA，根据分析，应该是当两喇叭天线正对时，虽然接受天线的值是100uA，但是发射天线发射的电磁波没有全部到达接受天线，所以发射天线发射的电磁波应该大于100uA。实验结果总体上证实了反射系数与折射系数的和为1。

七、思考题

1、在衰减旁螺丝钉的作用

答：是衰减器的调节旋钮，通过调节该旋钮可以改变喇叭天线发出电磁波的强度

2、电磁波与激光的反射有何异同

答：相同点是都遵从光的反射定理，不同点是激光属于电磁波的一种，具有良好的单色性，相干性，方向性，且高强度，所以反射耗损小，而电磁波则根据频率不同耗损不同。

3、测量反射时出现几次极大值，为什么

答：两次，因为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，所以入射角不会完全等于反射角，而是在理论反射角附件波动。

4、透射系数和反射系数相加是否等于一，为什么

答：根据电磁波理论在开始测量时把最大值设为满量程即100uA，反射最大值与折射最大值之和要等于100uA，但是根据分析，当两喇叭天线正对时，虽然接受天线的值是100uA，但是发射天线发射的电磁波没有全部到达接受天线，所以发射天线发射的电磁波应该大于100 uA。实验结果总体上证实了反射系数与折射系数的和为1。

实验二单缝衍射实验

一、实验目的

掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响

二、预习内容

电磁波单缝衍射现象

三、实验设备

S426型分光仪

四、实验原理ϕ

当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时， a 就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不 是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射 波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一 级极小，此时衍射角为α

λ1

-=Sin φ，其中λ是波长，a 是 图2－1 单缝衍射

狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐 渐增大，直至出现一级极大值，角度为：⎪⎭

⎫

⎝⎛∙

=-αλ2

31Sin φ(如图2－1所示) 五、实验内容与步骤

如图2－2所示，仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽，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900刻度的一对线一致。转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处，此时小平台的00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00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变10读取一次表头读数，并记录下来。