电磁场实验 实验五 极化实验

电磁场与微波测量实验报告

实验五 极化实验

一、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

二、实验设备

S426型分光仪

三、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：

II0cos四、实验步骤

2

式中I为偏振波的强度，为I与I0间的夹角。

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（0°~90°，以10度为步长），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，将仪器按下图布置。

A1

五、实验数据

I（μA） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 理论值 实验值 100 100 96.98 97.0 88.30 89 75.00 73 58.68 57 41.32 43 25.00 24 11.70 9 3.02 2 0 0 经过数据对比，可以得出，实验中存在各种诸如人工操作不当，读数误差等问题，影响了实验数据的准确。不过，从总体上来看，数据仍然在误差允许范围内，电磁波仍然满足马吕斯定律。

六、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=

E−y1E+y1

=

Z垂直−Zz1Z垂直+Zz1′′

1 ○

此处Z垂直=η2secθ=η2[1−()sinθ]

ε

2

ε1

2

−

12 ○2

Zz1=η1secθ

1○2○3可知 由○

○3

反射系数R垂直=

εcosθ−√(2⁄ε1)−sin2θεcosθ+√(2⁄ε1)−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

（2）本实验，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。如果喇叭天线窄边平行于地面，则称水平极化，如果喇叭天线宽边垂直于地面，则称垂直极化。

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。（相关系数可查书） 极化波反射系数

−Z垂直−Zz1Ex1

=+= Ex1Z垂直+Zz1

√(ε2⁄ε1)−sin2θ−(ε2⁄ε1)cosθεε√(2⁄ε1)−sin2θ+(2⁄ε1)cosθ

R平行

= 令R平行=0，则平行极化波发生全折射

2εε即 (2⁄ε1)cosθ=√(2⁄ε1)−sinθ

𝑅平行=0⇒𝜃=𝜃𝑝=sin

−1

𝜀2𝜀2

−1

=tan√ √

𝜀1+𝜀2𝜀1