物理实验四微波实验

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1、物理實驗四微波實驗微波實驗注意事項請勿將微波發射器直射眼睛或頭部。目的觀察微波的偏極化性質及其反射與折射，並利用干涉原理求出微波波長。原理微波(microwave)屬電磁波的一種，其波長一般介於0.01m~0.3m之間，行進微波可由Maxwellequation來決定。構成微波的電場與磁場相互垂直，且波的行進方向由決定，其亦與電場與磁場相互垂直，是為橫波。如圖一所示，若電場振動方向為，磁場振動方向為，則微波行進方向為。對於任何給定的點其電場總是垂直於行進波方向，但方向是任意改變的電磁波為隨意偏振或未偏振波，如一般光源所放射出的電磁波；若其電場偏

2、振方向固定者稱為偏振波，如電視站或廣播站發出的電磁波。對於具偏振方向的電磁波，我們可以利用架設偏振片來判斷其偏振方向，平行於偏振方向的電場分量可以通過偏振片，與之垂直者，則被此片吸收。如圖二所示：可通過偏振片的電場分量為，電場分量則被吸收。4物理實驗四微波實驗(eq.1)又電磁波的強度正比於電場強度，是故穿透的電場強度可表為(eq.2)本實驗中我們利用Michelson干涉來求得微波波長，如下圖所示發射器射出微波經過半透板將波分為兩路，一波經折射後射向反射板A後反射回接收器；令一波穿射過半透板射向反射板B後反射回接收器，於接收器端收得兩波波程差

3、為。當移動反射板B使得接收器讀得最大(最小)訊號時，兩波形成建設性(破壞性)干涉，此時兩波波程差符合(eq.3)當再移動反射板B距離時，接收器又讀得最大(最小)訊號，此時兩波波程差符合(eq.4)(eq.4)減(eq.3)便可得微波波長(eq.5)(實驗中使用的微波波長為2.8cm)儀器裝置微波發射器微波接收器電源供應器透明腳架偏極柵金屬板半銀透鏡板半圓柱容器直尺4物理實驗四微波實驗實驗步驟一、電磁波的偏極化1.電源供應器輸出端接發射器，電壓不可超過12V，讓發射器與接收器之間距離約為1公尺(否則接收器上的二極體會燒壞)，接收器接電表量電流，調

4、整接收器接收角度使得其電流讀數為最大。注意一下接收器的旋轉位置，號角式天線是有方向性的。2.將偏極柵置於發射器與接收器中間，並使柵柱方向與桌面平行，記錄此時電錶上之讀數。3.改變偏極柵柱方向，使其與桌面垂直，記錄此時電錶上之讀數.4.將兩組偏極柵組合，一個柵柱方向與桌面平行，另一個與桌面垂直，記錄此時電錶上之讀數。二、微波波長量測(Michelson’s干涉)1.使裝置如圖2.固定金屬板A，移動金屬板B會使得接收器讀值改變。3.移動金屬板B，記錄五次記錄接收器讀數最大(或最小)時金屬板位置(必須是連續五次最大或五次最小)。計算其間距d，求得微波

5、波長λ=2d。三、反射與折射反射1.使裝置如下圖，使微波入射角為30°。4物理實驗四微波實驗1.調整接收器位置於微波反射之方向，移動接收器至讀數最大時記錄反射角。3.改變入射角分別為45°與60°，重複步驟2並驗證反射定律。折射1.使裝置如下圖2.於半圓柱容器中倒入3/4甘油，並使微波入射角為30°。3.調整接收器位置於半圓柱背面，移動接收器至讀數最大時記錄折射角。4.改變入射角分別為45°與60°，重複步驟3並求出甘油的折射率。預習問題1.這個實驗所使用的微波振盪器是利用所謂的Gunndiode，找一下資料，解釋一下Gunndiode的結構及

6、原理。就你瞭解的部分討論一下。2.這裡用的頻率約為10GHz，波長多大？3.上網找一下資料，了解微波的性質及應用。問題與討論1.試說明於第一部份實驗中電磁波的偏極方向。2.利用Michelson方法所求出的微波波長為何?與理論值之誤差?3.找一下資料，關於微波波長的量測，還有其他什麼樣的方法呢?4