Заказ работы

Заказать
Каталог тем
Каталог бесплатных ресурсов

Изучение электромагнитных волн

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Определение длины электромагнитной волны, исследование ее по-ляризации и интенсивности. 2. БИБЛИОГРАФИЯ 1. Савельев И.В. Курс физики: Учеб. пособие для студентов втузов.- [В 3-х т.].- Т.2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.- М.: Наука, 1989.- 496 с. 2. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: Высш. шк., 1998.- 542 с. 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ Из уравнений Максвелла следует, что электромагнитное поле в пространстве может существовать в виде волн. В работе изучается ча-стный случай электромагнитной волны - монохроматическая волна, в которой векторы напряженности электрического и магнитных полей и изменяются в пространстве и во времени по гармоническому закону где - волновой вектор; с - скорость света в вакууме. При этом вектор всегда перпендикулярен вектору и каждый из них перпендикуля-рен направлению распространения волны, которое определяется вол-новым вектором . Для волн УКВ-диапазона (ультракоротких радиоволн волн , изучаемых в работе, характерна плоская (линейная) поля-ризация: колебания вектора происходят только в одной плоскости, определяемой векторами и . Интенсивность I электромагнитной волны в вакууме пропорцио-нальна квадрату амплитуды напряжённости электрического поля: , так что измеряя квадрат амплитуды напряжённости электрического поля, можно с точностью до коэффициента определить интенсивность такой волны. В качестве приёмника электромагнитной волны в работе исполь-зуется диодный (кристаллический) высокочастотный детектор, имею-щий приблизительно квадратичную зависимость тока от напряжения на начальном участке вольт-амперной характеристики (i ~ U2). Поэто-му ток, проходящий через диод, пропорционален интенсивности элек-тромагнитной волны ( , a Uд~Em, т.е. i~ ~I). Помимо этого, такой приёмник обладает избирательностью по направлению колеба-ний электрического поля, что позволяет изучать свойства поляризации электромагнитной волны. Например, плоскополяризованная электро-магнитная волна подчиняется закону Малюса: интенсивность волны, измеренная детектором в плоскости, составляющей угол ? с плоско-стью колебаний вектора Е, определяется как I = I0 cos2?, где I0 - интенсивность бегущей волны. Рисунок 1 Закон Малюса легко объяснить, если учесть, что детектор реагирует только на проекцию вектора на ось самого детектора. Пусть Е0 - амплитуда напряжённости электрического поля падающей волны, тогда детектор будет воспринимать только составляющую с амплитудой Em = E0cos?? (рисунок 1). ?Измеряемая детектором интенсивность I~ , отсюда и следует закон (1). Если на пути плоской электромагнит-ной волны поставить отражающую поверх-ность, можно получить стоячую волну с рас-пределением узлов (или пучностей) в прост-ранстве через ?/2 для каждого из колеблю-щихся векторов и : (для стоячей волны между векторами и как во времени, так и в пространстве наблюдается сдвиг фаз на ?/2). Измеряя распределение узлов (или пучностей) напряжённости электрического поля стоячей электромагнитной волны вдоль направления распространения, можно определить длину волны. 4. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ 1. Рупорный излучатель. 2. Кристаллический детектор. 3. Вольтметр. 4. Оптическая скамья. 5. Отражатель. 5. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Установка (рисунок 2) состоит из генератора электромагнитных ко-лебаний 1 с рупорным излучателем, металлического отражателя 6, де-тектора 2, милливольтметра и источника питания. Напряжение U на нагрузочном сопротивлении детектора, пропор-циональное току i детектора, измеряется милливольтметром. Детектор 2 укреплён на конце держателя 3, сделанного из пенопласта (диэлек-трическая проницаемость пенопласта близка к диэлектрической про-ницаемости воздуха, поэтому зонд из пенопласта практически не иска-жает картину поля). Держатель 3 может вращаться вокруг своей горизонтальной оси. Шкала 4 служит для отсчёта углов поворота детектора. Кронштейн с детекторами и отсчётным устройством можно посту-пательно перемещать вдоль направляющей 5. Перемещение измеряют по линейке на направляющей. Рисунок 2 6. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ 1. Определение длины электромагнитной волны Установите металлический отражатель 6 (рисунок 2) напротив из-лучателя 1. Включите питание генератора и милливольтметра. Вращая детектор вокруг горизонтальной оси, найдите положение, при котором показания милливольтметра максимальны (положение детектора не должно совпадать с узлом электромагнитной волны). Добейтесь пер-пендикулярности расположения отражателя к направлению распро-странения волны: показания милливольтметра в узле должны быть близкими к нулю, а в пучности - наибольшими. Снимите зависимость напряжения U детектора от его координаты x. Проведите не менее десяти измерений через 2...3 мм, особенно тща-тельно фиксируя положения пучностей и узлов. Постройте график за-висимости U(x) и по нему определите ?. 2. Проверка закона Малюса Уберите отражатель. Установите детектор против излучателя (ри-сунок 2) на расстоянии l 70 см от последнего. Вращая детектор во-круг горизонтальной оси, снимите зависимость напряжения U детекто-ра от угла поворота ? (по лимбу 4). Снимите 20...25 показаний через 50, фиксируя угловые положения максимумов и минимумов интенсивно-сти волны. Постройте график U(?) и сравните с теоретической зависи-мостью I(?), нормируя теоретическую кривую по максимуму экспери-ментальной кривой. 3. Исследование зависимости интенсивности волны от расстояния Приёмный детектор установите по максимуму показания милли-вольтметра. Перемещая излучатель 1, снимите зависимость напряже-ния U от расстояния x между излучателем и детектором. Измерения проведите в интервале значений x от 40 до 80 см через каждые 5 см. Постройте график зависимости lgU от lgx. Вычислите тангенс угла наклона графика (для сферической волны U~x-2, и тангенс угла наклона графика должен быть равным двум). Сделайте вывод о характере излу-чаемой волны. 7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Напишите уравнение плоской и сферической электромагнитной вол-ны. Как зависит интенсивность сферической волны от расстояния до источника? 2. Что представляет собой бегущая плоскополяризованная волна? Чем отличается стоячая электромагнитная волна от бегущей? 3. Поясните, как по зависимости U(x), полученной в задании 1, опреде-лить длину электромагнитной волны. 4. Объясните, каким образом в данной работе проводится проверка за-кона Малюса.

Размер файла: 110.5 Кбайт
Тип файла: doc (Mime Type: application/msword)
Заказ курсовой диплома или диссертации.

Горячая Линия


Вход для партнеров