北邮电磁场实验-极化实验

北京邮电大学电磁场与微波测量实验实验五极化实验学院：电子工程学院班级：2011211207组员：邹夫、马睿、李贝贝执笔：李贝贝目录1.实验内容.......................................................................................................................................11.1实验目的.............................................................................................................................11.2实验设备.............................................................................................................................11.3实验步骤.............................................................................................................................12.实验原理.......................................................................................................................................13.实验数据.......................................................................................................................................24.数据与误差分析...........................................................................................................................24.1数据分析.............................................................................................................................24.2误差分析.............................................................................................................................34.2.1导致误差出现的可能原因......................................................................................34.2.2减小误差的方法......................................................................................................35.思考题...........................................................................................................................................36.实验心得与体会...........................................................................................................................41/41.实验内容1.1实验目的1．培养综合性设计电磁波实验方案的能力2．验证电磁波的马吕斯定理1.2实验设备S426型分光仪。1.3实验步骤1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案；方案：将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，接收喇叭课程从此处读取θ（0°~90°，以10度为间隔），继而进行验证。2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律。实验仪器布置通过调节，使A1取一较大值，方便实验进行。然后，再利用前面推导出的θ，将仪器按下图布置。2/42.实验原理平面电磁波是横波，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。偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系。这就是光学中的马吕斯定律：20cosII式中I为偏振波的强度，θ为I与I0间的夹角。3.实验数据θ（度）I（μA）0102030405060708090理论值88.085.377.766.051.636.422.010.32.70实验值88.079.069.059.047.033.019.09.02.404.数据与误差分析4.1数据分析θ对应的理论值与实验值的相对误差如下表所示θ（度）相对误差010203040506070809007.38%11.2%10.6%8.91%9.34%13.6%12.6%11.1%0A13/4由上述表格分析可知，实验测得结果存在一定误差，但误差不大。4.2误差分析4.2.1导致误差出现的可能原因1.电流表精确度不理想；2.旋转短波导的轴承环时由于人为误差角度间隔不一定为10度；3.旋转短波导的轴承环时接收喇叭的位置受到了影响；4.人为误差，对电流表进行读数时可能会出现误差；5.实验环境不理想，周围声音以及人员走动都会对实验数据产生影响；4.2.2减小误差的方法1.固定接收喇叭的位置，使其尽量不受短波导旋转时的影响2.对电流表进行读数时，待读数稳定后再进行读数3.尽量保持实验环境不变5.思考题（1）垂直极化波是否能够发生折射？为什么？给出推导过程。答：不能。垂直极化波反射系数R垂直=Ey1−Ey1+=Z垂直−Zz1Z垂直+Zz1○1此处Z垂直=η2secθ′′=η2[1−(ε1ε2)sin2θ]−12○2Zz1=η1secθ○3由○1○2○3可知反射系数R垂直=cosθ−√(ε2ε1⁄)−sin2θcosθ+√(ε2ε1⁄)−sin2θ若要垂直极化波发生全折射，则需反射系数𝑅垂直为0故则需ε1=ε2，这也说明在实际情况下，垂直极化波无法发生全折射4/4（2）本实验中，水平极化和垂直极化可以调节吗?平行极化波如何调节出来，自行设计实验方案,如何验证全折射的原理？答：可以调节。旋转发射喇叭口90度，即可得到平行极化波。验证全折射实验方案：先旋转发射喇叭口，得到平行极化波，调整接受喇叭口，使其相一致；然后在平台中央放上玻璃板，调整入射角度，测量发射波电场强度，读出读数机构的读数，如果为零，则说明发生了全折射。验证电磁波全折射原理的实验方案：首先根据以下推导，求出θ。（相关系数可查书）极化波反射系数R平行=Ex1−Ex1+=Z垂直−Zz1Z垂直+Zz1=√(ε2ε1⁄)−sin2θ−(ε2ε1⁄)cosθ√(ε2ε1⁄)−sin2θ+(ε2ε1⁄)cosθ令R平行=0，则平行极化波发生全折射即(ε2ε1⁄)cosθ=√(ε2ε1⁄)−sin2θ𝑅平行=0⇒𝜃=𝜃𝑝=sin−1√𝜀2𝜀1+𝜀2=tan−1√𝜀2𝜀16.实验心得与体会极化实验操作起来是一个比较简单的实验，该实验的难点是要对线极化波的相关概念和电磁波的马吕斯定律有一个全面的了解，在此基础上自己设计验证电磁波马吕斯定律的实验方案。