微波的光学特性实验 Optical Properties of Microwaves

1. 微波的光学特性实验Optical Properties of Microwaves

2. 主要内容 实 验 目 的 实 验 仪 器 实 验 原 理 实 验 内 容 注 意 事 项 思 考 题 Page 2

3. 实验目的 1．了解微波分光仪的结构，学会用微波分光仪做反射、干涉、衍射等实验。 2．进一步认识电磁波的波动性，验证反射、单缝衍射和双缝干涉的规律。 Page 3

4. 实验原理 微波的波长在1毫米到1米之间，其波长介于无线电波与光波之间，它不仅具有无线电波的性质，还具有光波的性质。微波和光波都是电磁波，都具有波动性，能产生反射、衍射、干涉及折射等现象。由于微波的波长比光波的波长大10000倍左右，利用微波代替光波进行实验要直观和方便许多。 1 .反射定律：当电磁波以某一角度投射 到此金属板上，反射线在入射射线和通 过射点所决定的平面上，反射线和入射 线分居在法线两侧，反射角等于入射角。 Page 4

5. 实验原理 2.单缝衍射:电磁波入射到一宽度为a和波长λ可以比拟的狭缝时，就发生衍射现象。在缝后出现的衍射波强度并不均匀，中央最强，在中央的两侧衍射波强度迅速减小，出现： 衍射强度最小值: asin φ=±kλ 衍射强度最大值: asin φ=±(k+1/2)λ K=1,2,3…… 3 .双缝干涉：当电磁波入射到两 条狭缝上，狭缝成次级波波源， 该次级波为相干波，在缝后的空 间中将产生干涉现象。 干涉加强: (a+b)sinφ= ± kλ 干涉减弱: (a+b)sinφ= ±（2k+1）λ K=1,2,3…… Page 5

6. 实验仪器 1.三厘米固态信号源， 2.衰减器，3.发射喇叭，4.固定臂 5.支座， 6.分度转台， 7.接收喇叭，8.活动臂，9微安计10.角度指针， 11.调平螺丝， 12.底座， 13.检波器 Page 6

7. 实验内容◇反射实验 1. 将铝反射板放置在分度转台 上，应注意使分度转台上的0 刻度与铝板的法线方向一致。 2. 逆时针转动分度转台，使放 置发射喇叭的固定臂指在某一 角度，此角度即入射角，然后转动放置接收器的活动臂，当微安计示数最大时，此时活动臂上的指针对应的刻度即为反射角。通过微安表的电流强度变化，验证反射定律是否正确。 Page 7

8. 实验内容◇单缝衍射 1.转动分度转台使其180°正对固定臂指针，转动活动臂使其指针指着分度转台0°处。 2．将单缝板缝宽a调整为7cm，将其安放在分度转台上，单缝板的边线与分度转台上两个90°对齐。 3.调节衰减器，使中央处微安表示数在80—90μΑ； 4．将微波分光仪的活动臂转到衍射角为 +50°后开始读数，衍射角每改变2°读取 一次微安表的读数并作好记录，一直读 到衍射角为-50°。 5.作出单缝衍射相对强度与衍射角 的关系曲线，确定出各级极大和极 小衍射角的实验值，计算对应的各级极小和极大的衍射角的理论值，并与实验值比较，作出实验结论。 Page 8

9. 实验内容◇双缝干涉 1.调整好双缝干涉板的参数a与b（根据本实验的实际，可取a=40mm，b=50mm），将其安放在分度转台上，干涉板的边线与分度转台上两个90°对齐。 2.类似于单缝衍射步骤3、4。 3. 对双缝干涉的测量是从-25°至+25°每改变1°读取一次表头读数。 4.作出双缝干涉相对强度与 干涉角的关系曲线，确定出 各级极大和极小干涉角的实 验值，计算对应的各级极小 和极大的干涉角的理论值， 并与实验值比较，作出实验结论。 Page 9

10. 注意事项 • 衰减器调整要适当，太小则观察不便，太大则可能使电流表指针满偏。在50°的范围内转动接收天线，观察衍射或干涉强度分布，认为分布合理后再开始测量。 • 两个喇叭的方向要对正，两臂要共轴。若发射和接收喇叭方向不正，将严重影响实验结果，务必小心不可碰歪。 • 开机预热通常需10分钟。注意系统调整和避免周围环境的影响。 Page 10

11. 思考题 1.对于单缝衍射实验，其缝宽该如何选取？为什么？ 2.在单缝衍射实验中，随着微波波长增加其一阶最大值位置该如何变化？ Page 11

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