电磁场实验一报告

电磁场与电磁波测量实验报告电磁波的反射和折射实验2016年03月7日姓名学号班级班内序号米靳隆2013211004716岳志恒2013211005717王力2013211006718学院：电子工程学院实验一电磁波反射和折射实验1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2实验设备S426型分光仪图1S426型分光仪3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法线两侧，反射角等于入射角。电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上时会发生反射和折射现象，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。4实验内容与步骤4.1熟悉分光仪的结构和调整方法4.2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。4.3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。如果此时表头指示太大或太小，应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。做此项实验，入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。5实验数据处理与误差分析5.1金属板全反射实验5.1.1实验数据表1金属全反射实验结果记录入射角(度)3035404550556065入射角(度)左侧28.833.936.243.250.956.458.263.0右侧31.235.940.645.751.958.163.569.05.1.2数据分析理论上的反射角应等于入射角，实验测得的反射角在与入射角接近的角度附近有两个不同的峰值，但与入射角值，验证了电磁波的反射定律。但是随着入射角的增大，入射角和反射角的差值有逐渐增大的趋势。5.1.3误差分析1.实验仪器本身存在系统误差，两个喇叭天线、反射板之间无法实现绝对的平行或垂直。2.环境影响产生误差，分光仪的一侧是墙壁，而另一侧是实验室内空间，两侧环境带来不同的且不稳定的漫反射，从而干扰了电磁波。随着入射角的增大，两个喇叭天线之间的距离越大，环境影响产生的误差也就越显著。3.读数误差，人为的读数存在随机误差。5.2观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验将金属板换做玻璃板，观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象，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。5.2.1实验数据表2玻璃板反射和折射实验结果记录入射角（°）3035404550556065反射角（°）3336.841.2455153.56061.5透射角（°）1825.532.535.54646.557.561.5入射波强度（μA）94.094.094.094.094.094.094.094.0反射波强度（μA）51.652.855.059.064.168.970.774.9透射波强度（μA）43.846.536.335.328.526.721.620.2反射系数0.5490.5620.5850.6270.6820.7330.7520.797透射系数0.4660.4950.3860.3760.3030.2840.2300.215反射系数+透射系数1.0151.0570.9711.0040.9851.0170.9821.0125.2.2理论分析因为能量守恒，所以入射波的能量在不考虑空间能量损耗的情况下，可以近似认为是反射波和透射波的能量之和。所以有入射波能量=透射波能量+反射波能量透射波能量入射波能量+反射波能量入射波能量=15.2.3数据分析随着入射角的增大，实验数据基本符合反射波的强度增大，反射系数增大，透射波强度减小，透射波系数减小的趋势，符合理论结果。5.2.4误差分析1.实验仪器本身存在系统误差，两个喇叭天线、玻璃板之间无法实现绝对的平行或垂直。因此，在试验中会出现测量起始值会随环境改变而有所不同。2.环境影响产生误差，分光仪的一侧是墙壁，而另一侧是实验室内空间，两侧环境带来不同的且不稳定的漫反射，从而干扰了电磁波。3.读数误差，人为的读数存在随机误差。4.由于在实验室环境中，存在着多组的实验设备，因此其他的实验设备难免产生影响。随着入射角的增大，反射角、反射波强度、透射角、透射波强度的误差有一定的波动，没有明显规律。推测主要原因为实验室内有风及其他实验组发出的电磁波，使得对电磁波的干扰也不稳定。6思考题1、在衰减器旁边的螺钉什么作用？答：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，通过调节衰减器旁边的螺钉调节微波信号幅度大小，逆时针旋转螺钉微波信号幅度变大，顺时针旋转螺钉微波信号幅度变小。2、电磁波的反射和激光的反射有何相同以及不同之处？答：相同之处是都遵循光的反射定律。不同之处是，激光是能量集中的光束，沿直线传播，其反射类似于可见光，不易受到干扰。而电磁波波长范围较宽，以波面的形式传播，也以波面的形式反射。3.测量反射角过程中，出现几次极大值，为什么？答：测量时接收喇叭在转动时可能直接接收到来自发射喇叭的电磁波，而这部分电磁波的大小会随着角度变化而变化，加上反射的电磁波，就可能形成两个极大值。4、透射系数和反射系数相加是否等于1？为什么，进行误差分析。答：透射系数和反射系数相加不绝对等于1，误差主要来自仪器误差、环境误差和读数误差，且做实验时有风和周围人的走动，还有来自其他实验组的电磁波的影响，对实验也有比较大的影响，使产生的误差不存在明显的规律。7实验总结与心得通过实验，我们熟悉了S426型分光仪的使用方法。通过自己动手实验可以直观地理解电磁波的反射定理和折射定理。最终的实验结果验证了反射定律、折射定律，以及反射系数和投射系数的关系。另外，我们认识到了实验的灵敏度很高，因此也比较容易受外界环境的干扰，做实所以验时应尽量创造理想的实验环境。