秋学期大学物理实验义++微波实验.docVIP

PAGE 1 微波实验（讲义） 微波和光波都是电磁波，都具有波动这一共同性，即能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。微波波长范围大约为1mm～1m。由于波长短，微波具有直线传播和良好的反射特性，所以在通讯、雷达、导航等方面得到广泛应用。微波可以穿透地球周围的电离层而不被反射，不同于短波的反射特性，所以广泛用于宇宙通讯、卫星通信等方面。微波还具有量子特性，在微波波段，单个量子的能量约为10-6~10-3eV，刚好处于原子或分子发射或吸收的波长范围内。人们可以借助这个特点去研究原子和分子结构。 由于微波的波长比光波的波长在量级上差一万倍左右，因此用微波设备作波动实验比光学实验要更直观、方便和安全，所需要设备制造也较容易。 【实验目的】 （1）了解微波的特点，学习微波器件的使用。 （２）通过微波的单缝衍射和双缝干涉实验，加深对波动理论的理解。 【实验仪器】 DH926B微波分光仪，DH1121B三厘米固态信号源。 【实验原理】 反射实验 微波的反射也遵从光的反射定律，而光的反射定律是大家在中学就熟知的内容，这里从略。 单缝衍射实验 图 1 单缝衍射 如图1，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并不是均匀的，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λ是波长，a是狭缝宽度。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，直至出现一级极大值，角度为： （1） 双缝干涉实验 图 2 双缝干涉 如图2，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。当然，光通过每个缝也有衍射现象。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a接近λ，例如：λ=32mm。a=40mm，这时单缝的一级极小接近530。因此取较大的b，则干涉强度受缝衍射的影响小，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。干涉加强的角度为： （2） 式中K=l、2、……。 干涉减弱的角度为： （3） 式中K=l、2、……。 偏振实验 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E和波长的传播方向垂直。如果E在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。在光学中也叫偏振波。电磁场沿某一方向的能量有的关系。这就是光学中的马吕斯（MalμS）定律： （4） 式中I为偏振光的强度，φ是I与I0间的夹角。 【实验内容和步骤】 1．反射实验 本实验以一块大的金属板作为障碍物来研究当电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。实验仪器布置如图3 图3：反射试验仪器布置图 （1）调节喇叭等位置。两喇叭口面互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。固定臂、活动臂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，拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，压紧支座。 （2）调节金属板初始位置。反射全属板放到支座上时，使金属板平面与小平台上900刻度的连线平行。这时小平台上的00刻度所指方向就是金属板的法线方向。 （3）测反射角。转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度数就是入射角，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。 注意：如果此时表头指示太或太小，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300至650之间。因为入射角太大接收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。 2、单缝衍射实验（需要选件单缝板） 实验仪器布置如图4： （1）调整单缝衍射板的缝宽为70mm，安放到支座上。 （2）转动小平台使固定臂的指针在小平台的1800处，此时小平台的00就是狭缝平面的法线方向。 （3）调节单缝板与固定臂垂直。 （4）这时调整信号电平使表头指示接近满度。然后从衍射角00开始，在单缝的两侧使衍射角每改变10 读取 一次表头读数，并记录下来。 注意：波长根据对照表计算。 图  SEQ 图表 \* ARABIC 1：单缝衍射实验仪器布置图 3．双缝干涉实验（需要选件双缝板） 实验仪器布置同图4： （1）把单缝板换成双缝板。其余调整过程同实验2。 （2）取a=