微波光学特性

摘要：  微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围为 1mm~1m。它存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。但因为它的波长、频率和能量具有特殊的量值，所以它所表现出的这些性质也具有特殊性。用微波来仿真晶格衍射，发生明显衍射效应的晶格可以放大到宏观尺度（厘米量级）。所以，本实验用一束 3cm 的微波代替 X 射线，观察微波照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象，用来模拟发生在真实晶体上的布拉格衍射，并验证著名的布拉格公式。该实验还利用了微波分光仪完成了微波的单缝衍射实验。        该报告主要介绍了上述实验的原理，并进行了数据处理和误差分析及实验总结。

关键词：  微波 反射 干涉 衍射 偏振

实验原理

1、微波的反射实验 微波的波长较一般电磁波短，相对于电磁波更具方向性，因此在传播过程中遇到障碍物，就会发生反射。如当微波在传播过程中，碰到一金属板，则会发生反射，且同样遵循和光线一 样的反射定律：即反射线在入射线与法线所决定的平面内，反射角等于入射角。

2、微波的单缝衍射实验 如图，当一平面微波入射到一宽度和微波波长可比拟的一狭缝时，在缝后就要发生如光波一般的衍射现象。同样中央零级最强，也最宽，在中央的两侧衍射波强度将迅速减小。

3、微波的双缝干涉实验 当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，狭缝就成为次级波波源。由两缝发 出的次级波是相干波，因此在金属板的背后面空间中，将产生干涉现象。当然，波通过每个 缝都有衍射现象。因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。

4、微波的偏振实验  电磁波是横波，它的电场强度矢量E和波的传播方向垂直。如果E始终在垂直于传播方向的平面内某一确定方向变化，这样的横电磁波叫线极化波，在光学中也叫偏振光。如一线极化电磁波以能量强度发射，而由于接收器的方向性较强（只能吸收某一方向的线极化电磁 波，相当于一光学偏振片，发射的微波电场强度矢量 E 如在方向，经接收方向为 的接

收器后（发射器与接收器类似起偏器和检偏器），其强度 ，其中  为 P1 和 P2的夹角。这就是光学中的马吕斯（Malus）定律，在微波测量中同样适用。

数据记录与处理

1.微波的反射实验

2.微波的单缝衍射实验

参量值： α=70mm  λ=32mm；

计算得：

理论值：一级极小 27.2º 一级极大 43.2º； 实验值：一级极小 28º          一级极大              44º；

3.微波的双缝衍射实验

参数值：a=40mm           b=30mm   λ=32mm;

4．微波的偏振干涉实验

讨论分析及总结反思：

利用微波模拟电磁波的一系列光学实验，由于微波波长远大于光波波长，因而实验所用的器材也可以做的很大，从而能使实验现象更为直观，而且环境不必很暗，这些都是微波光学实验的优点。然而，简单的实验器材也降低了实验测量的精度。

1.      过度的简化导致模拟的失真。从单缝衍射的试验曲线可以明显看出这点，其中央主极大位置出现一定凹陷，并且在本应光滑的曲线位置却出现台阶。而且在实验中，单缝衍射板尺寸不能对微波进行严格的限制，使出射微波从两边绕过衍射板，与原单缝衍射微波发生干涉，导致衍射图样出现严重畸变。

2.      实验的精确性难以控制。双缝干涉实验当中，由于干涉板并不能做到严格与出射微波波矢垂直，导致干涉图样在正负两端不对称，使得干涉极大值和极小值所对应角度和理论值的百分差相对较大，这在本实验中表现的相当明显，以致可以较大影响到实验结果的精确度。

3.      微波的波长较长，这是选它做本实验的重要原因，但这也同时是其一大不足。当微波发出时，其定向性不是很好，衍射较大，所以实验室内杂波以及仪器发射波可能有部分直接进入接收端，未经反射。而另一方面，这些波相互干涉，对接收也造成了一定干扰，比如，在没有微波时，接收端就有信号，或者接收端接收到的信号相当不稳定，导致无法准确读数，从而影响对极大值点与极小值点的判断。

然而，即使微波光学在实验器材的设置上有一些不足，但是，此实验在宏观尺度上给我们展示了一幅在可见光波长尺寸范围内才能观察到的光学波动特性的生动地图像；如果能够改进实验装置演示的精确性，我们可以以此为载体，研究微观尺度上诸多难以实现的实验观测。微波光学中体现的以宏观模拟微观的思想也对以后的研究有所启发。

参考文献：

闪光法测不良导体热导率

摘要：  介绍了用闪光脉冲非稳态法测不良导体热导率的实验原理、装置及实验过程, 给出了三种样品热导率的测量结果.

关键词：  闪光法; 热导率;  不良导体

实验原理

本实验基于傅里叶定律式，采用非稳态法，借以测定不良导体的热导率。非稳态法用的是非稳态导热微分方程，测量的量是温度随时间的变化关系，得到的是热扩散率。利用材料的己知密度和比热容，可以求得热导率。本实验采用闪光法，它是测定热扩散率最常用的一种方法。采用圆形薄试样，其一面有一个脉冲型的热流加热，根据另一面的温度随时间变化可确定热扩散率，进而再由此材料的比热容、密度算出热导率。其原理示意图如图22-4所示，一束能量为的脉冲光在时照射在试样表面，且被均匀吸收，可列方程如下：

                                       (22.13)

式中为单位面积吸收的能量，为样品密度，为样品比热容，为样品厚度。解此方程得：

                         (22.14)

所以                　      (22.15)

当时，达到最大值，有：

                                                             (22.16)

定义  ， ，则：

                                           (22.17)

令  ，求得  。将对应的时间记为 ，可得热扩散率：

                                                            (22.18)

进而有热导率：

                                                          

仪器用具：

1．光学系统

    包含高压脉冲氙灯，氙灯电源，椭球反光镜，样品和样品盒，氙灯及样品的三维调节装置。

    2．测温系统

　　包括PN结温度传感器（BTS 202，粘贴在试样背面），测温电路板（插于微机主机中）及试样等。

3．数据采集和处理系统

包括微机，多通道高速A/D－D/A转换卡，软件等。

数据记录与处理

热导率的得出主要经过以下几步：（1）直接从微机屏幕上用光标读取T0(样品

初始温度)和TM(样品最大温度)，算出（TM+T0）/2,再用光标读取相应的t1/2；（2）

再用“数据平滑”功能平滑曲线，用“数据拟合”动能对实验数据进行多项式拟

合，从拟合曲线上求出t1/2,，与（1）中直接读取的t1/2 结果进行比较；（3），用

程序中自的散热修正功能对结果进行修正，读取 t1/2 修正值；（4）由t1/2 修正值及c, L , ρ 计算λ 。

图一：大理石数据曲线

图二：瓷砖数据曲线

图三：酚醛胶布板数据曲线

T1/2 数据处理后如下表：

代入公式计算得：

λ大理石=0.767w/m K

λ 瓷砖=0.616 w/m K

λ 胶布=0.009102 w/m K

总结：

物体内部的导热性能，由所研究物体材料的性质决定，不同物质有不同的导热系数，同种物质由于其结构、温度、压力及杂质含量不同，其导热系数也可以很不相同。而且目前尚不可能建立起任何有关杂质影响的一般规律性，而只能靠实验测知。研究物质的热传导性能，不仅可以是研究物质组成、内部结构及其粒子之间相互作用的一种手段，而且热传导系数与多种因素有关。所以，导热性能的研究和测定有着重要的实际意义。

参考文献：

第二篇：大学物理实验三论文格式和排版要求

大学物理实验三论文格式和排版要求

标题：二号黑体居中

班级姓名：四号仿宋居中

摘 要：小五号楷体左对齐，左右各缩进2个字符

关键词：小五号楷体左对齐，左边缩进2个字符，分号间隔

正文：五号宋体（英文用Times New Roman），首行缩进2个字符，正文分两栏，栏宽两个字符。

1 一级标题：小四号黑体加粗居左

1.1 二级标题：五号黑体居左

1.1.1三级标题：五号黑体居左

图居中，图名在图下方

图注：小五宋体居中

中文图名:小五宋体居中

英文图名：小五Times New Roman居中

表格居中，表名在表上方，三线表

中文表名：小五宋体居中

英文表名：小五Times New Roman居中

表注：小五宋体居中

参考文献

参考文献：小五宋体居左