北邮电磁场与电磁波实验一.docxVIP

实验一：电磁波反射折射实验实验目的熟悉S426型分光仪的使用方法掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法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。电磁波斜入射到两种不同媒介分界面上时会发生发射和折射现象，同时，分界面对电磁波的反射和折射现象与入射波的极化方向有关。将分界面的法线与入射波构成的平面定义为入射面，入射波与界面法线的夹角定义为入射角，反射波与界面法线的夹角定义为反射角，折射波与界面的法线的夹角定义为折射角。电场E垂直于入射面的电磁波为垂直极化波。垂直极化波的反射系数和折射系数：式中:实验内容与步骤熟悉分光仪的结构和调整方法连接仪器，调整系统如图1所示，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。指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的900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（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。测量入射角和反射角反射全属板放到支座上时，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900刻度的一对刻线一致。这时小平台上的00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，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。实验数据及分析1. 金属板的反射实验1.1）数据记录入射角（度）3035404550556065反射角（度）2526394649.553.55863.5|入射角-反射角|59110.51.521.5角度差平均值2.68751.2）数据分析在该实验中，左侧固定壁上的指针对应的读数为入射角度数，而调节右侧活动臂，使得电流值最大，此时对应的指针读数为反射角角度。理论上电磁波遵循反射定理，即位于法线两侧的入射角应与反射角相等。由实验数据可以看出，在入射角度较小时，入射角与反射角的角度差略大，但随着入射角的增加，入射角与反射角的角度差越来越小，几乎相等。在入射角为30-65度的范围内，角度差的平均值约为2.6度。由此可见，入射角与反射角几乎相等，验证了电磁波的反射定理。1.3）误差分析系统误差：由仪器产生。接收天线与发送天线的轴线很难完全在一条直线上，且并不完全与地面垂直都将对反射角的大小产生一定影响。读数误差：人为设置入射角时和人为读出反射角时都不一定精确，因此产生误差。环境误差：周围的墙体与窗体与及人员走动，包括来自其他仪器的电磁波的干扰，都不可避免的影响到实验测量。2.玻璃板上的反射和折射实验2.1）实验数据记录2.1.1：无介质板时的入射电磁波的电流：90μA2.1.2:入射角（度）3035404550556065反射角（度）35.542465354.5636767反射电流（μA）52μA56μA62μA68μA75μA83μA76μA88μA|入射角-反射角|（度）5.57684.5872反射系数0.580.620.690.760.830.920.840.97折射角（度）182628.53639454862折射电流（μA）28μA26μA20μA16μA25μA13μA12μA10μA折射系数0.310.290.220.180.280.140.130.11反射系数+折射系数0.890.910.910.941.111.060.971.08反射系数+折射系数平均值0.982.2）实验数据分析2.2.1：由实验数据可以看出，入射角与反射角基本相等，误差不大，但平均误差略大于金属板。2.2.2随着入射角的增大，反射角与折射角也随之增大，反射电流总体上呈增大趋势，逐渐接近于未放置玻璃板时的入射电流大小。折射电流略有起伏，但整体呈下降趋势，该趋势为验证反射系数与透射系数的关系提供了基础。2.2.3 在入射角范围为30—65度的范围内，反射系数与折射系数之和基本为1，平均值为0.98，满足反射系数与投射系数之和为1的规律。2.3）误差分析系统误差：由仪器产生。接收天线与发送天线的轴线很难完全在一条直线上，且并不完全与地面垂直都将对反射角的大小产生一定影响。读数误差：人为设置入射角时和人为读出反射角时都不一定精确，因此产生误差。环境误差：周围的墙体与窗体与及人员走动，包括来自其他仪器的电磁波的干扰，都不可避免的影响到实验测量。透射系数与反射系数二者之和基本满足接近于1，但随着入射角的增大，反射系数应按规律增大，透射系数应按规律