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

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主要内容实 验 目 的实 验 仪 器实 验 原 理

注 意 事 项实 验 内 容

思 考 题

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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。

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。

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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= ± （ 2 k+1 ） λ

K=1,2,3……

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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

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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。

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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。

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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。

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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。

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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？

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