电磁场与电磁波实验报告

电磁场与电磁波实验报告

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实验一：验证电磁波的反射和折射定律（1学时）

1、实验目的

验证电磁波在媒质中传播遵循反射定理及折射定律。

（1）研究电磁波在良好导体表面上的全反射。

（2）研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。

（3）研究电磁波全反射和全折射的条件。

2、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。

3、实验结果：

入射角25°30°35°40°45°50°55°60°

折射角149 143 135 131 133 128 124 118

图1.1 电磁波在介质板上的折射

入射角25°30°35°40°45°50°55°60°

反射角32°34°36°44°47°52°37°61°

图1.2 电磁波在良导体板上的反射

实验二：电磁波的单缝衍射实验、双缝干涉实验。

1、实验目的

（1）研究当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度不是均匀的，中央最强；

（2）研究当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线上，则每一条狭缝就是次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的背后面空间中，将产生干涉现象。

2、实验原理

单缝衍射实验原理见下图 5：当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面将出现的衍射波强度不是均匀的，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

，其中n波长，n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，直至一级极大值，角度为：

图 5 单缝衍射实验原理图

如图 8：当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上时，则每一条狭缝就是次级波波源，由于两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的背后面空间中，将产生干涉现象。当然电磁波通过每个缝也有狭缝现象。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α接近入，例如：

，这时单缝的一级极小接近53°。因此取较大的b，则干涉强受

单缝衍射影响大。干涉加强的角度为：干涉减弱的角度

为：

3、实验结果

图2.1 单缝衍射的I-α曲线

图2.2双缝干涉的I-α曲线

实验三：布朗格衍射的实验

1、实验目的

本实验是仿造X射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为的制作了一个方形点阵的模拟晶体，以微波代替X射线，使微波向模拟晶体入射，观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件。这个条件就是布拉格方程。

（1）掌握100面，110面点阵的反射波产生干涉的条件,得出布拉格方程。

（2）了解直线极化和圆极化波特性参数的测试方法。

2、实验原理

任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分子

在空间按一定的几何规律排列密切相关。晶体内的离子、原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶格常数。真实晶体的晶格常数约在10−8厘米的数量级，X 射线的波长与晶体的常数属于同一数量级，实际上晶体是起着衍射光栅的作用，因此可以利用 X 射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构得了解。本实验是仿造 X 射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为的制作了一个方形点阵的模拟晶体，以微波代替 X 射线，使微波向模拟晶体入射，观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件，这个条件就是布拉格方程。它是这样说的，当波长为入的平面波射到间距为α的晶面上，入射角为Θ°，当满足条件时（n为整数）发生衍射。衍射线在所考虑的晶面反射线方向。在布拉格衍射实验中采用入射线与晶面的夹角（即通称的入射角），是为了在实验时方便，因为当被研究晶面的法线与分光仪上度盘的 0 度刻度一致时，入射线与反射线的方向在度盘上有相同的示数，不容易搞错，操作方便。

3、实验结果

图3.1 布拉格衍射I-θ关系曲线

由实验数据可得，两侧发生衍射的角度大约在34°和65°附近。根据布拉格方程

nλ=2aCOSθ，

将λ=32mm，a=40mm代入得：当n=1时，θ=66.42°；当n=2时，θ=36.87°.实验测得数据与理论计算值比较接近，可验证布拉格方程。69°附近产生的峰值可能是由其他实验组影响造成的，不计入考虑。

实验四：均匀无损耗媒质参量的测量（2学时）

1、实验目的

了解电磁波在真空中传播特性和相干原理。

（1）在学习均匀平面电磁波的基础上，观察电磁波传播特性，E、H、S互相垂直。

（2）推导相干波理论数学模型，自行调节测量仪器，测量基本参量。

（3）测定自由空间内电磁波波长λ、频率f，并确定电磁波的相位常数β和波速υ

η的测量。

（4）了解电磁波的其他参量，如波阻抗

（5）利用相干波接点位移法推导测量均匀无损耗媒质参量的ε和μ的数学模型

（6）了解均匀无损耗媒质参量λ、β、的差别

（7）熟悉均匀无损耗媒质分界面对电磁波的反射和折射的特性。

2、实验原理

迈克尔逊干涉试验的基本原理见下图 13 所示：

在平面波前进的方向上放置一个成45°的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波：一束由于反射向A 方向传播；另一束透过半透射板向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且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；当相