电磁场实验指导
《电磁场实验指导书》word版
电磁场实验指导书北京信息科技大学目录实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1)实验二磁悬浮 (7)实验三静电除尘 (10)前 言结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。
随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。
根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。
实验一：球形载流线圈的场分布与自感一、实验目的1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数；2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法；3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。
二、实验原理（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析如图11所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。
显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R 上，应有图1-1球形载流线圈（磁通球） i 图1-2 呈轴对称性的计算场域()d d N W R θi=z i 2R ⎛⎫'⎪⎝⎭因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ==代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有2sin d sin d 2N R R N W R Rθθθθ⋅'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。
电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。
图2 接收天线本实验重点介绍其中的一种─—半波天线。
半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。
对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。
这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。
而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。
半波振子因其一臂长度为/4λ，全长为半波长而得名。
其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/L λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
电磁场与电磁波实验指导书.
静电场边值问题实验对于复杂边界的静电场边值问题，用解析法求解很困难，甚至是不可能的。
在实际求解过程中，直接求出静电场的分布或电位又很困难，其精度也难以保证。
本实验根据静电场与恒定电流场的相似性用碳素导电纸中形成的恒定电流场来模拟无源区域的二维静电场，从而测出边界比较复杂的无源区域静电场分布。
一、 实验目的：1、学习用模拟法测量静电场的方法。
2、了解影响实验精度的因素。
二、 实验原理：在静电场的无源区域中，电场强度E '电位移矢量D '及电位Ф、满足下列方程：▽×E 、= 0 ▽×D'= 0D '=εE 、 E 、= - ▽φ、（1）式中ε为静电场的介电常数。
在恒定电流场中，电场强度E 、电流密度J 及电位Ф满足下列方程：▽×E= 0 ▽·J = 0J = δE E=－▽Φ （2）式中δ为恒定电流场中导电媒质的电导率。
因为方程组（1）与方程组（2）在形式上完全相似，所以φ、（静电场中的电位分布函数）与Φ（恒定电流场中的电位分布函数）应满足同样形式的微分方程。
由方程组（1）和方程组（2）很容易求得：▽·（ε▽φ、）= 0 （3）▽·（δ▽Φ）= 0 （4）式中ε与δ处于相应的位置，它们为对偶量。
若ε与δ在所讨论区域为均匀分布（即其值与坐标无关），则方程（3）、（4）均可简化为拉普拉斯方程： 2∇φ'= 0 02=Φ∇电位场解的唯一定理可知：满足相同微分方程的两个电位场，它们具有相同的边界电位值，因此，在保证边界电位值不变的情况下，我们可以用恒定电流场的模型来模拟无源区域的静电场，当静电场中媒质为均匀媒质时，其导电媒质也应为均匀媒质，这样测得的恒定电流场的电位分布就是被模拟的静电场的电位分布，不需要任何改动。
三、实验内容及实验装置：1、被测模型有两个：一个用来模拟无边缘效应的平行板电容器中的电位分布；另一个用来模拟有金属盖的无限长接地槽形导体内电位分布，被模拟的平行板电容器，加盖槽形导体及它们对应的模型如图1所示。
电磁场实验指导书
实验一：驻波比的测量一、实验原理驻波产生的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。
因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。
在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值和最小值之比。
对于平方检波，有：错误！未找到引用源。
二、实验器件微波信号源、隔离器、波长表、可变衰减器、波导测量、被测件（电容膜片、电感膜片）、匹配负载、选频放大器1、微波信号源：可产生微波振荡，频率范围可以微调，信号源工作在方波状态。
在微波信号源上我们可以读出频率、电压、电流的数值。
信号源上的频率旋钮用来调整我们所需要的频率值（8.6GHz—9.6GHz）；点频和扫频按键用以选择点频状态或扫频状态，当工作在扫频状态时可以用扫频宽度旋钮来调节扫频的宽度；功率旋钮用来调节功率；信号源的右边有五个按键：等幅、方波、外调制+、外调制-和教学按键，本次实验用的是方波状态；下面有两个输出和一个输入，即RF输出，电压输出和外调制输入。
2、隔离器：抑制干扰。
3、波长表：读取信号发生器上的频率读数，根据频率-测微器刻度对照表来调节波长表的刻度。
4、可变衰减器：相当于可调电位器，旋动有刻度标示的旋钮，可以改变吸收片插入波导的深度，进而达到改变衰减量的问题。
5、波导测量：连接选频放大器，主要部件是测量线，通过旋动测量线上的旋钮，可以在选频放大器上读出相邻波腹和波节点的最大值和最小值。
6、被测件：包括断路器和开路器。
7、选频放大器a仪器面板的配置和功能如下：输入电压细调：此旋钮用于调整输入信号衰减量，左旋到底，衰减最大；右旋到底，衰减最小。
衰减量调节范围约为1—10倍。
输入电压步进开关: 用于衰减输入电压信号。
分为四档，即x1，x10，x100和x1000。
在x1档时灵敏度最高，对输入信号无衰减；x10, x100 和x1000档时，衰减量分别为10，100和1000倍。
频率选择开关：分为四档：1：宽带（400Hz—10KHz）2：1KHz （500Hz—1100Hz）3：2KHz （900Hz—2.2 KHz）4：5KHz （1.8KHz—5.2 KHz）开关在２，３，４档时为窄带，在１档时为宽带。
电磁场实验解读
（十）圆极化波反射/折射 圆极化波反射/折射特性原理图
圆极化波反射/折射实验
A(固定反射板) 半透射板
接收喇叭 B(可移反射板)
（六）偏振实验布置
（七）布拉格衍射布置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I- 关系曲线
（八）极化波的产生/检验
DH30003型栅网组件
栅网实现波极化的原理图
栅网实验
（九）圆极化波左旋/右旋
DH30002型电磁波极化天线
圆极化波辐射（或接收）装置
圆极化波左旋/右旋实验
（一）反射实验布置
（二）单缝衍射原理
φ a
单缝衍射实验布置
单缝衍射的 I- 曲线
（三）双缝干涉原理
a
φ
b a
双缝干涉/衍射实验布置
双缝干涉的 I- 曲线
（四）迈克耳逊干涉原理
A(固定反射板)
发射喇叭
半透射板
接收喇叭 B(可移反射板)
迈克耳逊干涉布置
（五）无损介质介电常数实验
待测介质板 发射喇叭
电磁场实验
第二部分 演示实验
电磁波传播特性实验
实验任务：
⑴ 观察金属板和介质板在电磁波垂直入射和斜入射时，电 磁波的反射和透射情况；观察吸波材料吸收电磁波，消除反 射的情况；
⑵ 测量电磁波的波长和频率 ⑶ 观察金属线栅对波的极化方向的选择性 ⑷ 以圆喇叭天线作为入射天线，通过转动圆波导中介质片 的角度来改变波的极化状态，用矩形喇叭接收，分别对线极 化波、椭圆极化波和圆极化波进行测量，用计算机绘出极化 图和椭圆极化轨迹。
物理实验技术中的电磁场实验技巧
物理实验技术中的电磁场实验技巧引言：物理学的发展离不开实验，而实验的重要一环是实验技术。
电磁场实验作为物理学中一项基础实验，需要掌握一定的实验技巧。
本文将就电磁场实验技巧进行探讨，帮助读者更好地进行相关实验研究和学习。
一、实验前的准备在进行电磁场实验之前，首先需要收集相关的资料和资料，了解基本的理论知识。
同时，了解相关的实验仪器和设备，确保实验装置完好无损，实验所需的电源、电线、电磁铁等设备也要准备齐全。
二、电磁场实验的基本原理电磁场实验的基本原理是通过在实验装置中流动电流产生磁场，进而观察和测量磁场的性质。
根据不同的实验目的和需要，电磁场实验可以分为静态电磁场实验和交流电磁场实验。
针对不同类型的实验，采取相应的实验技巧和方法。
三、静态电磁场实验中的技巧静态电磁场实验主要涉及到磁场的产生和测量。
在磁场产生方面，可以通过应用电磁感应原理，将电流通过螺线管或线圈，通过合适的铁芯增强磁场的强度。
在测量磁场方面，可以使用霍尔效应传感器或磁力计等设备进行测量。
此外，为了提高实验的准确性和可重复性，还需要注意消除外界电磁干扰和减小实验误差。
四、交流电磁场实验中的技巧交流电磁场实验主要涉及到电磁场的变化和传输。
在实验中要注意保持实验装置的稳定性和可靠性，避免电源波动和电路线路接触不良等问题。
同时，在测量过程中要掌握合适的方法和工具，如示波器、电压表等，用以测量电流和电压的变化，进而计算得到所需的电磁参数。
五、实验中的安全问题在进行电磁场实验时，要注意保证自身的安全。
首先，要穿戴好合适的实验服和手套，避免电流对皮肤造成伤害。
其次，要正确使用电源和电线，避免触电的风险。
同时，注意防止设备过热，保证实验室的通风和正常的工作环境。
结论：电磁场实验作为物理学中的基础实验之一，具有重要的理论和实际意义。
通过掌握一定的实验技巧，能够更好地进行电磁场实验，探索和研究相关的物理现象。
在实验前的准备过程中收集资料，了解相关仪器设备，同时关注和保证实验的安全，有助于提高实验的成功率和数据的准确性，推动物理学的进一步发展。
电磁场实验指导书及实验报告
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx学号xxxxxxxxxx班级电气xxxx班任课老师xxxx实验日期2010-10电磁场理论 实验一——利用Matlab 模拟点电荷电场的分布一．实验目的：1．熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况； 2．学会使用Matlab 进行数值计算,并绘出相应的图形;二．实验原理：根据库伦定律:在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力,它们之间的力F 满足：R R Q Q k F ˆ212= （式1)由电场强度E 的定义可知：R R kQ E ˆ2= (式2）对于点电荷,根据场论基础中的定义，有势场E 的势函数为R kQU = (式3)而 U E -∇= (式4) 在Matlab 中，由以上公式算出各点的电势U ，电场强度E 后，可以用Matlab 自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况.三．实验内容:1. 单个点电荷点电荷的平面电力线和等势线真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量， q 为电量， r 为点电荷到场点P （x ，y ）的距离。
电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 电力线是以电荷为起点的射线簇。
以无穷远处为零势点, 点电荷的电势为U=kq /r,当U 取常数时， 此式就是等势面方程。
等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。
◆ 平面电力线的画法在平面上, 电力线是等角分布的射线簇， 用MATLAB 画射线簇很简单。
取射线的半径为( 都取国际制单位） r0=0.12, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度） th=linspace(0,2*pi,13）。
射线簇的终点的直角坐标为: ［x,y]=pol2cart(th,r0）.插入x 的起始坐标x=[x ； 0.1＊x]。
电磁场实验指导
实验一静电场电力线与等位线绘制一、实验目的1.掌握电场中电厂线的测量方法；2.掌握电场中等位线的描绘方法。
二、实验设备1.DZ-2型电场扫描仪器 1台2.双层探针 1个3.两点电荷水槽电极 1个4.同轴柱面水槽电极 1块5.聚焦电场水槽电极 1块三、实验原理在一些电子器件和设备中，有时需知道其中的电场分布，一般都通过实验的方法来确定。
直接测量电场有很大的困难，所以实验时常采用一种物理实验的方法－模拟法，即仿造一个电场 ( 模拟场 ) 与原电场完全一样。
当用探针去测模拟场时，也不受干扰，因此可间接地测出被模拟的电场中各点的电位，连接各等电位点作出等位线。
根据电力线与等位线的垂直关系，描绘出电力线，即可形象地了解电场情况，加深电场强度、电位和电位差概念的理解。
1. 两点电荷的电场分布由图1.1所示，两点电荷A、B各带等量异号电荷，其上分别为+V和-V，由于对称性，等电位面也是对称分布的，电场分布图见图1。
图1.1 两点电荷的电场分布图1.2 同轴柱面的电场分布做实验时，是以导电率很好的自来水，填充在水槽电极的两极之间。
若在两电极上加一定的电压，可以测出自来水中两点电荷的电场分布。
与长平行导线的电场分布相同。
2. 同轴柱面的电场分布由图1.2所示，因环B 的中心放一点电荷A ，分别加+V 和-V ，由于对称性，等位面都是同心园，电场分布的图形见图1.2。
如图 1.2 所示，设小圆的电位为Va 半径为a ，大圆的电位为Vb ，半径为b ，则电场中距离轴心为r 处的电位Vr 可表示为：⎰⋅-=raa r dr E V V （1）又根据高斯定理，则圆柱内r 点的场强E=K/r （当a < r < b 时） （2）式中K 由圆柱的线电荷密度决定。
将（2）式代入（1）式arK V dr r K V V a ra a r ln -=-=⎰ （3） 在r=b 处应有：a b K V V a b /⋅-= 所以ab V V K ba /ln -=（4）如果取0V V a =，0=b V ，将（4）式代入（3）式，得到：ab rb V V r /ln /ln 0= （5）为了计算方便，上式也可写作：ab rb V V r /log /log 0= （6）3. 聚焦电极的电场分布示波管的聚焦电场是由第一聚焦电极A2和第二加速电极A2组成，A2的电位比A1的电位高。
电磁场实验指导书
电磁场实验讲义实验一 二线输电线静电场的造型 一、试验目的：1.学习两维电场模拟的原理与方法。
2.通过测量等位线及绘制电力线，学习电场图形的描绘方法。
二、实验原理（见教材静电模拟一节） 三、实验内容及步骤1、 将方格纸和导电纸的相对位置固定好，定好方格纸的坐标原点及x 轴y 轴。
2、连接线路，调节电源电压为9V ，依次测绘对电源负极电位分别为1V 、2V 、3V 、4V 、4.5V 、5V 、6V 、7V 、8V 时的各等位线。
四 实验原理1. 两导线电轴之间的电场是平行平面场;2. 电力线与等位线正交, 由于两线输电线的等位线方程为22222)12(2)11(-=+-+-K bK y b K K x所以得电力线方程为:2222)(c b c y x +=++3. 利用静电比拟原理, 使用电流线模拟电力线. 五、实验设备1.模拟试验台一套（导电纸半径为90mm ，电极半径为6.5mm ，电极几何中心连线构成的弦对应的圆心角为120）直流稳压电源一台; 数字万用表一只六、总结报告要求1.在实验用的方格纸上描绘等位线。
2.根据实验测得的等位线，描绘电力线，并与理论计算所得的电力线进行比较。
3.根据实验结果，试分析主要是哪些因素影响本实验精度？你认为这些因素是否可以解决。
实验二 接地电阻的研究 一、试验目的：1.学习用模拟实验的方法研究场的问题。
2.研究接地电阻与接地器的形状、大小以及埋入深度的关系。
3.观察接地器周围导电媒质表面上电位的分布。
二、原理与说明1.接地电阻指电流由接地装置流入大地再经大地向远处扩散时所遇到的电阻。
接地电阻主要是接地体到无限远处的大地的电阻，而接地线和接地体本身的电阻一般可以忽略。
对于半球埋地的接地器的电阻，可以用镜像法求解。
对于整个球埋入地下，而地面的影响又不可以忽略时，也可以用镜像法近似求解。
实际工作中，会遇到一些问题，它们既难通过实验获得满意的解答，又不便于实地测量，这类问题可以用“模拟法”研究。
实验室中常用的电磁学实验技巧
实验室中常用的电磁学实验技巧电磁学是物理学中非常重要的一个分支，研究电荷与电流之间的相互作用以及电磁波的性质和行为。
在实验室中进行电磁学实验时，正确的实验技巧是保证实验结果准确和可靠的关键。
本文将介绍一些实验室中常用的电磁学实验技巧，帮助读者顺利进行电磁学实验。
一、电磁场实验技巧1. 电场测量技巧：在测量电场强度时，应使用电场强度仪或电离仪等仪器。
在进行测量前，应先放置好被测电荷，然后逐点测量电场强度，并记录测量结果。
为了提高测量的准确性，应注意避免不必要的外部干扰，如静电干扰等。
2. 磁场测量技巧：进行磁场测量时，可以使用霍尔效应传感器或磁力计等仪器。
在测量过程中，需注意减小外部磁场的干扰，同时保持测量仪器与被测物体的相对位置和方向的稳定。
二、电磁感应实验技巧1. 法拉第电磁感应定律实验技巧：在进行法拉第电磁感应实验时，首先需要准备好线圈和磁铁等实验材料。
为了提高实验效果，应将线圈和磁铁置于合适的位置和角度，并保持其相对运动。
在实验前，还需检查连接线路的连接是否牢固，以免影响实验结果。
2. 感应电动机实验技巧：进行感应电动机实验时，需要准备好旋转磁场的实验装置和相应的测量仪器。
在实验过程中，应保持磁场旋转的稳定性，并记录下电动机的转速、电流和电压等参数。
同时，为了保证实验的安全性，应合理规划电源电压和电阻等参数。
三、电磁波实验技巧1. 光的干涉实验技巧：在进行光的干涉实验时，需准备好干涉装置和光源等实验器材。
为了保证干涉效果的清晰可见，需选择合适的光源和适当的干涉装置。
在实验过程中，还需注意排除外部光源干扰、保持实验环境的稳定和避免误差的产生。
2. 无线电信号传输实验技巧：进行无线电信号传输实验时，应准备好发射器和接收器等设备。
在进行实验前，需选择合适的无线电信号频率和调节器具，确保信号传输的稳定性和可靠性。
同时，还需注意避免外部电磁干扰和设置合适的接收距离。
综上所述，以上是实验室中常用的一些电磁学实验技巧。
电磁场与电磁波实验指导书要点模板
电磁场与电磁波实验指导书要点12020年4月19日电磁场电磁波实验实验一电磁感应定律的验证一、实验目的1、经过电磁感应装置的设计，了解麦克斯韦电磁感应定律的内容2、了解半波天线感应器的原理及设计方法3、天线长短与电磁波波长的接收匹配关系二、预习要求1、麦克斯韦电磁理论的内容2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性三、实验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台： 1套电磁波传输电缆： 1套平板极化天线： 1副半波振子天线： 1副感应灯泡： 1个四、实验原理麦克斯韦电磁理论经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。
麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。
麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场能够激发涡旋电场，变化的电场能够激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
下面我们经过制作感应天线体，来验证电磁场的存在。
如图示：电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元能够辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。
电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等。
本实验重点介绍其中的一种半波天线。
半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。
对称天线（或称对称振子）能够看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。
这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。
而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。
半波振子因其一臂长度为λ /4 ，全长为半波长而得名。
其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（L= λ /4 ）的远区场强有以下关系式：│ E │ =[60 Im cos( π cos θ /2)]/R 。
电磁场实验指导书.
电磁场电磁波实验指导书盐城工学院信息学院目录第一章产品说明 (2)一、系统简介 (2)二、系统特点 (2)三、系统组成 (2)四、系统性能指标 (3)五、系统主要部件参数 (3)第二章实验内容 (5)实验一电磁感应定律的验证及电场中位移电流的测量 (5)实验二同轴测量线导体内驻波特性测试 (8)实验三反射系数及驻波相位的测试 (10)实验四电场中位移电流的测试及计算 (12)实验五电磁波的偏振及极化测试 (15)实验六电磁波的迈克尔逊干涉 (19)实验七电磁波的频率功率测试 (23)第一章系统说明一、系统简介电磁场电磁波及天线技术是电子信息工程、电磁场与电磁波、微波技术、天线技术类专业必不可少的一门实验课程，本系统包含功率计、频率计、方波信号产生，电磁波产生器、功率放大器、选频放大器等，具有电磁波极化特性测试，天线方向图测试、静电场中位移电流测试等多种功能，加深学生对电磁波产生、（调制）、发射、传输和接收、（检波）过程及终端设备相关特性的认识，培养学生对电磁场电磁波及天线应用的创新能力。
二、系统特点1、测试系统面向《电磁场与电磁波》的课程建设，紧密配合教学大纲，通过直观生动的实验现象，完成对电磁场与电磁波相关特性的测试。
2、系统内置1KHz方波可调信号源、选频放大器，在完成对电磁波PIN调制功能的同时，可用于对天线方向图的测试,而无需选配其他实验装置。
3,系统自带同轴开槽测量线，测量电磁波在同轴线导体内的传输特性，如：驻波，全反射，波节，波幅等参数。
4、采用数字显示方式，在提高准确性的基础上，更能方便感应器在任何位置归零，直接读取数值，提高测试精度，减小读数给测试带来的误差。
5、本装置电磁波发射可选大功率或低功率两路输出，方便做不同实验时的自由切换，输出端口均为标准的N型接头。
6、测试系统自带频率计及功率计，用于对发射电磁波频率功率的测试及校准。
7、自带波长计算功能，液晶界面直接显示。
8、完成电磁波的极化特性测试、场电流的测试及终端天线增益的测试功能。
电磁场的实验教学方法总结
电磁场的实验教学方法总结电磁场实验是物理学教学中重要的一环，通过实验能够让学生对电磁场的概念和特性有更深入的了解。
在教学过程中，合理的实验教学方法能够提高学生的学习兴趣，激发其对物理学习的热情。
本文将总结几种有效的电磁场实验教学方法。
一、观察法观察法是电磁场实验教学中简单而直观的一种方法。
通过将磁铁靠近电流线圈，观察到电流线圈的受力情况，学生可以直观地认识到电磁场的存在。
同时，学生还可以观察到改变磁铁位置和电流线圈的方向对实验结果的影响，从而深化理解。
二、示范法示范法是一种有效的电磁场实验教学方法。
教师可以在课堂上进行实验演示，让学生观察实验现象并记录实验数据。
通过示范，学生能够更好地理解电磁场的概念和运动规律，并且通过自己动手记录数据，培养了学生的实验技巧和数据分析能力。
三、探究法探究法是电磁场实验教学中重要的一种方法。
通过在实验前先提出问题，让学生自主设计实验方案，并通过实验结果来验证和解决问题。
这种方法能够培养学生的创新思维和实验能力，激发学生的学习动力。
四、模拟法模拟法是利用计算机软件进行电磁场实验的一种方法。
通过合适的模拟软件，学生可以观察到电磁场的变化过程，并进行相应的数据分析。
模拟法不仅能够提供更多的实验数据，还可以在实验中展示一些难以观察的现象，使学生对电磁场的认知更加全面。
五、创新实验法创新实验法是指设计和开展具有一定创新性的电磁场实验。
学生可以通过自主设计实验方案，解决一些具体问题，提高实验的实用性和趣味性。
这种方法能够培养学生的创新能力和实践能力，增强学生对电磁场实验的兴趣。
六、合作探究法合作探究法是通过组织学生进行合作探究，共同完成电磁场实验的一种方法。
学生可以分为小组，相互合作，共同解决问题，提高实验效率和结果的准确性。
合作探究法不仅能够培养学生的合作意识和团队精神，还能够让学生互相交流和分享实验心得。
综上所述，电磁场实验教学方法多种多样，每种方法都有其独特的优势。
教师可以根据学生的实际情况和学习需求，灵活选择适合的教学方法。
电磁场仿真实验指导书解读
第二步：创建参数分析并进行求解
第1步：添加参数设置
工程树，Optimetrics\Add \parametric
Offset:0—1,步长：0.1
第2步：定义输出变量
P11=mag(s11)*mag(s11)
P12=mag(s12)*mag(s12)
P13=mag(s13)*mag(s13)
第3步：组合长方体
选中Tee，Tee-1，Tee-2；Edit\Boolean\Unite
第4步：创建间隔
Draw\Box,(-0.45in,offset-0.05in,0in)
Name:septum,
按Ctrl同时选中T型波导和septum，Edit\Boolean\substract
第三步：求解
第1步：添加求解设置
Analysis\Add Solution Setup,10GHz
添加频率扫描：8—10GHz，步长：0.05GHz
一、实验操作部分
1、实验数据、表格及数据处理。
2、实验操作过程
3、结论
江西师范大学物理与通信电子学院
教学实验报告
通信工程专业2010年3月24日
实验名称
波导腔体内场优化
Name:airbox
第三步：设置边界条件和激励
选中波导腔4个侧面，Assign Boundary\Perfect E
选中空气盒，Assign Boundary\Radiation
选中波导底面，Assign Excitations\Waveport
显示边界条件：HFSS\Boundary display,选勾。
江西师范大学物理与通信电子学院
教学实验报告
通信工程专业2010年3月17日
《电磁场与电磁波》实验指导书.
北方民族大学Beifang University of Nationalities 《电磁场与电磁波》实验指导书主编赵霞校对楚栓成北方民族大学电气信息工程学院二○一五年八月目录电磁场与电磁波实验系统介绍 (3)实验一电磁波参量的测量 (6)实验二电磁波的极化特性 (8)实验三电磁波反射与折射 (11)《电磁场与电磁波》实验系统简介一、概述ＤＨ９２６B型微波分光仪可作为电磁场与波的波动实验，适合于高等院校和中等专业学校作教学实验。
因此，《电磁场与电磁波》实验系统就采用了现已经有的ＤＨ９２６B型微波分光仪作为本课程的实验系统。
二、实验系统简介：本实验系统主要由ＤＨ９２６B型微波分光仪和DH1121B 3cm固态信号源组成。
1. 微波分光仪（如图一所示）图一微波分光仪（2）主要元件性能喇叭天线的增益大约是20分贝，波瓣的理论半功率点宽度大约为：H面是200，E面是160。
当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号电矢量的偏损方向是垂直的。
可变衰减器用来改变微波信号幅度的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大。
晶体检波器可将微波信号变成直流信号或低频信号（当微波信号幅度用低频信号调制时）。
当以上这些元件连接时，各波导端应对齐。
如果连接不正确，则信号传输可能受破坏。
（3）安装与调整（参照图一所示）本仪器为了便于运输、包装，出厂包装时将分度转台做了必要的拆卸，用户在使用前需做如下安装与调整。
①基座（即喷漆的大圆盘）的安装：将Φ40.5的孔向上，将四个支脚按图安置在基座上。
②固定臂的安装：在包装箱中有固定臂取出，将固定臂头部的 4个 M5螺钉通过基座（即喷漆的大圆盘）。
四个沉孔拧入固定臂上并将指针摆正。
③活动臂的安装：将喷漆的大圆盘上的两个M3螺钉松开后，将活动臂上的三个M4螺钉拧紧，再把两个M3螺钉拧紧，使活动臂能自由旋转。
拧紧大头螺钉即可使活动臂固紧，松开大头螺钉即可使活动臂自由旋转。
④铝制支柱的安装：包装箱内有四根不同长度的铝制支柱，将其中最长的一根旋入固定臂螺孔中。
物理学实验中的电磁场实验方法与技巧
物理学实验中的电磁场实验方法与技巧在物理学中，电磁场实验是非常重要的实验之一，用于研究和理解电磁场的基本性质和规律。
本文将介绍一些物理学实验中常用的电磁场实验方法与技巧。
一、实验准备在进行电磁场实验之前，首先需要进行实验准备工作。
这包括准备实验装置、校正仪器、清洁实验器材等。
1. 实验装置准备：根据实验的要求，准备好所需的实验装置和器材，如电容器、电感器、电流源、测量仪器等。
确保实验装置的正常工作和准确测量。
2. 仪器校正：在开始实验之前，确保所使用的仪器已经进行了校正。
比如，如果实验需要测量电流或电压，需要保证所使用的电流表、电压表等已经进行校准，以获得准确的测量结果。
3. 实验器材清洁：确保所使用的实验器材和实验室环境清洁卫生，防止外来物质的干扰和误差。
二、电磁场实验方法在进行电磁场实验时，有多种方法可以选择，根据实验目的和条件来决定使用何种方法进行实验研究。
1. 长导线法：这是常用的一种方法，通过在电磁场中放置一根长导线，利用电流在导线中产生的磁场来研究电磁场的特性。
通过改变导线的长度、形状、电流强度等参数，可以观察到电磁场的变化规律。
2. 线圈法：线圈法是一种将导线绕成线圈的实验方法。
通过改变线圈的匝数、电流强度等参数，可以研究电磁场的对称性、形态和强度等特性。
3. 动态法：动态法是一种通过改变电流或磁场的强度和方向来研究电磁场的实验方法。
通过调节电源电压、电流大小等参数，可以观察到电磁场的动态变化，从而了解电磁场的性质。
三、实验技巧在进行电磁场实验时，需要注意一些实验技巧，以确保实验的准确性和结果的可靠性。
1. 控制变量：在进行电磁场实验时，需要将除了所研究的变量外的其他变量保持不变。
只有这样，才能准确地观察到所研究变量对电磁场的影响。
2. 测量精度：在进行实验测量时，需要注意测量仪器的精度和准确性。
合理选择测量仪器的量程和灵敏度，以确保测量结果的可靠性。
3. 数据处理：对于实验数据的处理，需要采取科学的方法和合适的统计分析技巧。
制作简易电磁场小实验教案
制作简易电磁场小实验教案电磁场是物理学中非常重要的一个概念，它描述了电荷和电流产生的相互作用。
在日常生活中，我们可以通过一些简单的实验来感受电磁场的存在和影响。
本文将介绍一个简易的电磁场小实验教案，帮助学生更好地理解电磁场的基本原理。
实验目的：通过一个简单的实验，让学生感受电磁场的存在，并了解电流和磁场的相互作用。
实验材料：1. 一根铜线2. 一个铁钉3. 一个9V电池4. 一根电线5. 一块磁铁实验步骤：1. 将铜线剥去一段绝缘层，露出金属线。
2. 将铜线围绕铁钉的一端绕成螺旋状，使得铜线的两端分别露出一小段。
3. 将铁钉插入一块木板中，使得它能够竖直固定。
4. 将一端露出的铜线与电池的正极连接，另一端与电池的负极连接。
5. 将磁铁靠近铁钉的另一端，观察铁钉的变化。
实验原理：当电流通过铜线时，会产生一个磁场，这个磁场会影响铁钉。
当磁铁靠近铁钉时，磁场会使得铁钉受到一定的力，从而移动或者产生变化。
这个实验就是利用了电流和磁场的相互作用来展示电磁场的存在和影响。
实验结果：当磁铁靠近铁钉时，铁钉会受到一定的力，有可能会被吸附到磁铁上，也有可能会产生一定的运动。
这就是电流和磁场相互作用的结果，也是电磁场的一个简单展示。
实验讨论：通过这个简单的实验，学生可以感受到电磁场的存在，并且了解到电流和磁场的相互作用。
可以让学生思考一些问题，比如增大电流会对结果产生什么影响？改变磁铁的位置会有什么不同的结果？这些问题可以引导学生深入了解电磁场的特性和原理。
拓展实验：除了以上的实验，还可以进行一些拓展实验来进一步探索电磁场的特性。
比如可以改变电流的方向，观察对结果的影响；可以改变铁钉的材质，观察对结果的影响；可以改变磁铁的大小和形状，观察对结果的影响等等。
总结：通过这个简易的电磁场小实验，学生可以更好地理解电磁场的基本原理，感受到电流和磁场的相互作用。
这样的实验不仅可以帮助学生巩固所学的知识，还可以培养学生的动手能力和实验精神。
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实验一静电场电力线与等位线绘制一、实验目的1.掌握电场中电厂线的测量方法；2.掌握电场中等位线的描绘方法。
二、实验设备1.DZ-2型电场扫描仪器 1台2.双层探针 1个3.两点电荷水槽电极 1个4.同轴柱面水槽电极 1块5.聚焦电场水槽电极 1块三、实验原理在一些电子器件和设备中，有时需知道其中的电场分布，一般都通过实验的方法来确定。
直接测量电场有很大的困难，所以实验时常采用一种物理实验的方法－模拟法，即仿造一个电场 ( 模拟场 ) 与原电场完全一样。
当用探针去测模拟场时，也不受干扰，因此可间接地测出被模拟的电场中各点的电位，连接各等电位点作出等位线。
根据电力线与等位线的垂直关系，描绘出电力线，即可形象地了解电场情况，加深电场强度、电位和电位差概念的理解。
1. 两点电荷的电场分布由图1.1所示，两点电荷A、B各带等量异号电荷，其上分别为+V和-V，由于对称性，等电位面也是对称分布的，电场分布图见图1。
图1.1 两点电荷的电场分布图1.2 同轴柱面的电场分布做实验时，是以导电率很好的自来水，填充在水槽电极的两极之间。
若在两电极上加一定的电压，可以测出自来水中两点电荷的电场分布。
与长平行导线的电场分布相同。
2. 同轴柱面的电场分布由图1.2所示，因环B 的中心放一点电荷A ，分别加+V 和-V ，由于对称性，等位面都是同心园，电场分布的图形见图1.2。
如图 1.2 所示，设小圆的电位为Va 半径为a ，大圆的电位为Vb ，半径为b ，则电场中距离轴心为r 处的电位Vr 可表示为：⎰⋅-=raa r dr E V V （1）又根据高斯定理，则圆柱内r 点的场强E=K/r （当a < r < b 时） （2）式中K 由圆柱的线电荷密度决定。
将（2）式代入（1）式arK V dr r K V V a ra a r ln -=-=⎰ （3） 在r=b 处应有：a b K V V a b /⋅-= 所以ab V V K ba /ln -=（4）如果取0V V a =，0=b V ，将（4）式代入（3）式，得到：ab rb V V r /ln /ln 0= （5）为了计算方便，上式也可写作：ab rb V V r /log /log 0= （6）3. 聚焦电极的电场分布示波管的聚焦电场是由第一聚焦电极A2和第二加速电极A2组成，A2的电位比A1的电位高。
电子经过此电场时，由于受到电场力的作用，使电子聚焦和加速。
做模拟实验时，将图1.3所示的两级电极固定在水槽内，并在两电极上加适当的电压，便能得到图1.3所示的电场分布。
图1.3 聚焦电极的电场分布当电极接上交流电上，产生交流电场中的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的。
所以在交流电场中用交流毫伏表测量有效值的等位线与在直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。
四、实验电路图按照图1.4连成分压电路，E可取AC-12静电场描绘电源或其它交流电源，经R滑线变阻器分压为实验所需要的两电荷之间的电压值。
V表可用交流毫伏表（晶体管毫伏表），真空管繁用表或MF30万用表的10V挡，分别测给各电极的电场中的等电位点。
五、实验步骤1.两点电荷的电场分布使用DZ-2型静电场描绘仪的两点电荷水槽电极，参考图4实验电路图连线，晶体管毫伏表10V量程，及探针联合使用，调节分压器使工作电压为~10V，然后分别测出其等位点。
2.同轴柱面的电场分布更换DZ-2型电场描绘仪的同轴柱丽水槽电极，参考图1.4进行实验，既可定性描绘，也可定量计算。
4 / 253.聚焦电极的电场分布更换聚焦电场的水槽电极进行实验，可了解静电透镜的聚焦作用，加深对阴级射线示波管的理解。
图1.4 实验电路六、仪器特点1. 采用双层式结构，便于记录各组的等电位点。
2. 用自来水作为导电解质，自来水可多次实验，节省实验经费。
3. 仪器直观性强、调整和更换电极方便。
4. 探针经过特殊加工，实验效果较佳。
5. 自来水的导电率各向均匀，数据重复性好，电场分布图形规范七、注意事项1. 水槽由有机玻璃制成，使用时注意不要摔裂。
2. 电极与铜导线保持良好接触，实验完后，将水槽中的自来水倒净空干。
实验二静磁场磁感应强度线绘制一、实验目的1.掌握静磁场磁感应强度的测量方法和原理；2.掌握磁感应强度线的绘制。
二、实验设备HLZ-5螺线管磁场测试仪。
装置结构如下：三、实验原理1. 霍尔效应把半导体薄片放在磁场中 , 并使薄片平面垂直于磁场方向 , 如图2.1(a), 若在纵向4、3通以电流I , 那么在横向 2 、 1 两端间出现电位差 , 这种现象叫做 " 霍尔效应 " 。
出现的电位差叫做霍尔电压 V H。
（a ）中载流子为正（b ）中载流子为负 图2.1载流子的类型由这种霍尔电压的极性来判断。
如果 1 端面的电位比 2 端面的电位高 , 则载流子为空穴 , 相当于带正电的粒子 , 如图 1(a)； 如果 1 端面的电位比 2 端面的电 位低 , 则载流子为电子 , 带负电 , 如图1(b) 。
实验证明 , 在金属中的载流子为电子。
霍尔电位差的出现是由于电流 I 沿 4 、 3 方向通过薄片时 , 薄片内定向移动的载流子要受到洛仑磁力岛的作用而偏转。
B eV f d B ⨯= (1)式中 e 、 V d 分别是载流子的电量和移动速度 ,B 是磁感应强度。
载流子偏转的结果使电 荷在横向的 l 、 2 两端面积累而形成静电场 E, 这个电场作用在电荷上的电场力为f E 。
Ee f E = (2)其方向与马相反。
开始时 , f E 比 f B 小 , 电荷继续在 1 、 2 两端面上积累。
随着积累的电 荷不断增多 , 也不断增大 , 最后达到一个稳定状态。
即E B f f =(3)实验证明 , 霍尔电压与磁感应强度及工作电流成正比 , 即B I K V H H ⋅⋅=(4)上式中 KH 称霍尔元件的灵敏度 , 它的大小与薄片材料的性质以及薄片的尺寸有关。
对 一定的半导体 K H 是一常数 , 可用实验方法测定。
它表示霍尔元件在单位磁感应强度和 单位工作电流时霍尔电压的大小 , 其单位是：mV/(mA · T) 或 V/(A · T) 。
实验所用的半导体霍尔元件长 4.0mm, 宽 2.0mm, 厚 0.2mn 。
在长边两端 3 、 4 的 引线为工作电流引线 ( 用红色标记 ): 短边两端 l 、 2 的引线为霍尔电压引线 ( 用绿色标记 ) 。
现将霍尔元件封装在有机玻璃管内 , 并粘装在镀络的铜管的一端 , 做成一个测量磁场的 探头。
2. 霍尔电压上式是在作了一些假定的理想情况下得到的霍尔电压 , 实际上测得的并不仅仅是 VH, 还包括其它因素引起的附加电压 , 因而计算出的磁感应强度有误差。
引起误差的附 加电压包报以下两种：(1) 不等位电压 ：由于霍尔元件材料本身的不均匀或 1 、 2 两面的焊接点不在同一等 位面上 , 在有工作电流时 , 无磁场的情况下 ,1 、 2 两面之间也有电位差 V0 存在。
V0称 为不等位电压 , 其正负与工作电流 I 的方向有关。
(2) 能斯脱效应、厄廷豪森效应、里纪勒社克效应等 , 由于霍尔元件的电极接触电阻不同 , 就会产生不同的焦耳热而产生的电位差等。
综合以上情况 , 为了消除这些附加电压 , 采取以下措施：通过改变工作电流及励磁电流 ( 磁场 ) 方向 , 组成四种状态测出四个电压值：V 1，V 2 ，V 3 ，V 4 ，取其绝对值后 , 用下式V H = 1/4(V 1+V 2 +V 3 +V 4)来求出霍尔电压。
3. 螺线管内外的磁感应强度 B a. 理论值计算公式螺线管是用一根长导线绕成密集排列的螺线圈组成的。
对于密绕的螺线管来说 , 可 近似地看成一系列圆线圈排列起来的。
螺线管的长度比螺线管线圈的直径大得多。
其半 径为 R, 长度为 L, 单位长度的线圈臣数为 n, 并取螺线管的轴线为X 轴。
(1) 螺线管内部的磁感应强度 B, 其轴线上的中心区域是一个均匀磁场 , 且等于00B nI μ=∞ (5) 式中μ0 为真空磁导率等于 4π X10-7韦伯 / 安培·米；I 0 为螺线管线圈的励磁电流 , 单位 为安培。
当螺线管平均直径 D 不远小于长度 L 时 , 则中部的 B 0 值为()∞⋅+=B D L L 220/B (6)(2) 螺线管两端口的磁感应强度 B 为中部磁感应强度的一半。
(3) 螺线管外部的磁感应强度 B 在理论上为零 : 实际上在螺线管管外部 B 很弱 , 当趋于中央部分时 , 磁感应强度 B 很快趋近于零。
b. 测量磁感应强度 B确定霍尔片在螺线管内轴线上某位置 , 测出 V H 值 , 可通过下式计算出该点的 B 值)/(B H I K V H (7)当霍尔元件的灵敏度 KH 一经确定 , 就可利用(7) 式计算出磁感应强度大小 , 式中 VH 用 UJ31 型电位差计或高阻抗的数字 mv 表测得 , 工作电流I 用 20mA 的直流毫安表测得。
用WYH-3 盲流稳压电源提供三路电源。
四、实验内容1. 判断半导体载流子的类型根据图1进行判断 , 由通电螺线管的电流流向确定磁场 B 的方向 , 再根据工作电流由 4 到 3 或 3 到 4 的方向 , 及电位差计或数字mv 表确定霍尔电压在 l 或 2 的正负 , 即 可判断出半导体霍尔元件的载流子类型。
2. 测定螺线管内部的磁感应强度调节工作电流I=10.0mA, 励磁电流=1.00A, 调节水平移动尺 , 再按顺序将I 、B 换向 , 使霍尔元件在螺线管内部的确定位置测出，V 2 ，V 3 ，V 4，求出V H , 算出对应的 B 值。
计算出管口及管内轴线上各点的磁感应强度。
然后画出螺线管内部磁感应强度分布曲线 , 并与理论计算比较。
3. 将霍尔元件调出螺线管 , 再调节垂直移动尺 , 使霍尔元件移动到螺线管外部的 上方 , 相应调节水平移动尺 , 测出各点的磁感应强度。
4. 研究霍尔元件的工作电流和霍尔电压的关系。
五、技术参数适用电源 直流 30V 、 lk6V 、 05A 螺线管长度 L 280 土 l mm螺线管内径 d 14.00mm螺线管外径 D≈36mm D=25mm螺线管匝数 N 2770 士 30匝(2800匝)螺线管内阻 4.6 ± 0.lΩ霍尔元件尺寸4×2×0.2mm3工作电流 I <15.00mA霍尔灵敏度>10V/(A·T)励磁电流 1.00 A螺线管内部中心区磁感应强度12.1士0.1 mT螺线管外部磁感应强度分布趋势0.20 → 0.01 → 0 mT螺线管内部均匀磁场区>130.0mm六、注意事项1. 霍尔元件是易损元件 , 必须注意霍尔元件迸出螺线管时发生碰撞而损坏。