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研究性报告基于微波的一些实验探讨第一作者 王一迪二作者 韩金言三作者 律宇丰验摘要本文基于微波相对于其他电磁波于波长、频率和能量方面特殊的量值，对其表现出来的一些列不同于普通无线电波以及光波的特点做了一定的探究：1，进一步验证了布拉格衍射公式；2，用微波做单缝衍射实验；3，用微波做迈克尔逊干涉实验。通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验，加深对波动理论的理解。试验之后，对相关数据进行了数值方面的分析，同时也画出了一些有用的图表，做出一定的实验改进，并得出本实验心得体会。实验重点了解微波的特点，学习微波器件的使用。了解布拉格的衍射原理，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式并测定微薄的波长。通过微薄的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验加深对波动理论的理解。实验原理布拉格衍射布拉格定律的完整表述是：波长为λ的平面波入射到间距为d的晶面族上，掠射角为θ，当满足条件2dsinθ=kλ时形成衍射极大，衍射线在所考虑的晶面的反射线方向。对一定的晶面而言，如果布拉格条件得到满足，就会在该晶面族的特定方向产生一个衍射极大。只要从实验上测得衍射方向的极大角（θ或者β），并且知道波长λ，就可以从布拉格条件求出晶面间距d，进而确定晶格常数a；反之，若已经晶格常数a，则可以求出波长λ。在本实验中使用入射方向固定、波长单一的微波和“单晶”模型，采用转动晶体模型和接收喇叭的方法来研究布拉格衍射。单缝衍射和声波、光波一样，微薄的夫琅和费单缝衍射的强度分布，可由下式计算：Iθ=（I0sin2u）/u2式中，u=(πasinθ)/λ,a是狭缝的宽度，λ是微波的波长。如果求出例如1级的强度为零出所对应的θ，则λ可按下式求出，即：λ=asinθ。微波迈克尔逊干涉实验微薄的迈克尔逊干涉实验原理如图所示，在微波前进方向上放置一个与传播方向成45角的半透射、半反射的分束板和A、B两块反射板。分束板将入射波分成两列，分别沿A、B方向传播。由于A、B板的反射作用，两列波又经分束板会合并发生干涉。接收喇叭可给出干涉信号的强度指示。如果A板固定，B板可前后移动，当B移动过程中喇叭接受信号从一次极小变到另一次极小时，B移动的距离为λ/2，因此测量B移动过的距离也可求出微波的波长。实验仪器微波分光仪、模拟晶体、单缝、反射板两块、分束板等。实验内容验证布拉格衍射公式估算理论值由已知的晶格常数a和微波波长λ，根据公式估算出100面和110面衍射极大的入射角β。调整仪器调整活动臂和固定臂在一条直线上，慢慢转动接收喇叭的方向使微安表的示数最大，则发射喇叭和接收喇叭天线正对。固定此位置，然后调节衰减器使电流输出接近但不超过电流表的量程。简单立方体的模型由穿在尼龙绳上的铝球做成，晶格常数a=4.0cm。实验前，应该用间距均匀的梳形叉从上到下逐层检查晶格位置上的模拟铝球，使球进入叉槽中，形成方形点阵。模拟晶体架的中心孔插在支架上，支架插入与度盘中心一致的销子上，同时使模拟晶体架下面的小圆盘的某一条刻度线（与所选晶面的法线一致）与刻度盘上的0重合。测量峰值入射角把晶体模型安放在载物台的中央，晶体模拟中心的五个铝球的连线应该尽量的靠近载物台的中心转轴，转动模型使100面或者110面的法线（模型下方的圆盘上刻有“晶面”的法向标记）与载物台的刻度盘的0重合，然后用弹簧压片把模型固定在载物台上。此刻发射臂方向指针的读数即为入射角，当把接受臂转至方向指针向0线的另一侧的相同的刻度时，即有反射角等于入射角。转动载物台改变入射角，在理论峰值附近仔细测量，找出满足反射角等于入射角且电流最大处的入射角β。已知晶格常数测定波长：分别将每个110面的法线对准0测出各级衍射极大的入射角β，并对入射角β取平均值，计算出微波波长。已知波长测定晶格常数：与上同测出每个100面的各级衍射极大的入射角β，计算模拟立方晶体的晶格常数a。单缝衍射实验仪器连接时，按需要先调整单缝衍射板的缝宽，转转载物台，使其上的180刻线与发射臂的指针一致然后把单缝衍射板放到载物台上去，并使狭缝所在的平面与入射方向垂直，利用弹簧压片把单缝的底座固定在载物台上，为了防止微波接收器与狭缝装置的金属表面之间因衍射波的多次反射而造成衍射强度的波形畸变，单缝衍射装置的一侧贴有微波吸收材料。转动接收臂使其指针指向载物台的0刻线，打开振荡器的电源并调节衰减器使其接收电表的指示接近满度而略小于满度，记下衰减器和电表的示数。然后转动接收臂，每隔2记下一次接收信号的大小，为了准确测量波长，要仔细寻找衍射极小的位置，当接收臂已转到衍射极小附近时，可把衰减器转到零的位置，以增大发射信号，提高测量的灵敏度。迈克尔逊干涉实验迈克尔逊干涉实验需要对微波分光仪做一点改动，其中反射板A和B安装在分光仪的底座上。A通过一个M15的螺孔与