电磁场与电磁波实验二-电场中位移电流的测试及计算

电磁场与电磁波实验报告课程名称：电磁场与电磁波实验名称：电磁场中位移电流的测试及计算

实验二电场中位移电流的测试及计算一、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用2、理解电磁波辐射原理3、了解位移电流的概念二、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、半波振子天线的原理。三、实验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台： 1套 检波器：1只微安表头：1只电磁波传输电缆：1套平板极化天线：1副半波振子天线：1副四、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。如果将另一副天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置。当越靠近发射天线，灯泡被点的越亮。越远离天线，灯泡越暗。五、实验步骤（一）装置白炽灯泡1、用SMA电缆连接“输出口2”和极化天线（可先选择A端口垂直极化），将电磁波信号输送到极化天线上发射出去。2、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率“发射开关”，绿色发射指示灯亮，说明发射正常。3、半波天线的长度计算方法（也可由液晶界面直接显示）：已知电磁波发射源的频率F,求得波长：λ=，比如，电磁波发射源频率为900MHz,则：λ==3×108/900×106=0.33m.半波天线长L=0.165m则两端子分别均为0.165/2=8.25cm下面开始制作天线。注意：（天线端口与支撑金属片固定端的铜丝上的绝缘漆要刮）4、用金属丝（铜丝）制作典型的半波天线，安装于感应灯板两端，竖直固定到测试支架上，将滑块移动置极化天线端（最左端）归零，此时液晶显示读数0.00。调节测试支架滑块到离发射天线40cm左右，按下功率信号发生器上发射按钮，白炽灯被点亮。5、开始移动测试支架滑块（向靠近极化天线方向移动），直到小灯刚刚发光时，直接在显示器上读取滑块与发射天线的距离并记录。6、改变天线振子的长度，重复上面过程，记录数据，总结得出天线长度与灯泡亮暗的关系。7、设计制作其它天线形式制作感应器，重复上面过程，记录数据。次数天线形式天线长度/mm接收天线距离/mm（自选）数据1半波天线192223.16较暗2全波天线384223.16较亮（二）装置检波二极管1、将感应板换成检波装置，（灯泡变成了检波二极管）。置于旋转支架上。2、用金属丝（铜丝）制作典型的半波天线，安装于检波板两端，竖直固定到测试支架上，将滑块移动置极化天线端（最左端）归零，此时液晶显示读数0.00。调节测试支架滑块到离发射天线40cm左右，通过SMA连接线将检波电流送至“检波电流输入”端口，同时将主机后开关切换至“电流输入”。按下功率信号发生器上发射按钮，指针开始偏转。记录数值。3、慢慢向极化天线方向移动，记录下距离数值及电流大小，记录数值。次数天线形式天线长度/mm距离/mm电流大小/μA1环形天线384223.169992环形天线384309.775203环形天线384359.023404全波天线192x2223.162405全波天线192x2309.772206全波天线192x2359.021207半波天线91223.163608半波天线91309.77809半波天线91359.0220五、注意事项1、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率发射按钮，发射指示灯亮，说明发射正常。2、滑动感应器及反射板应缓慢，切忌过快影响实验效果和读数。3、测试感应器时，不能将感应灯靠近发射天线的距离太近，否则会烧毁感应灯。（置于15cm以外，或视感应灯亮度而定）4、尽量减少按下发射按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。5、测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。六、报告要求1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告；2、完成数据运算及整理；3、对实验中的现象分析讨论。七、思考题1、根据实验数据，写出实验结论。实验数据：表一：装置白炽灯泡次数天线形式天线长度/mm接收天线距离/mm（自选）数据1半波天线192223.16较暗2全波天线384223.16较亮表二：装置剑波二极管次数天线形式天线长度/mm距离/mm电流大小/μA1环形天线384223.169992环形天线384309.775203环形天线384359.023404全波天线192x2223.162405全波天线192x2309.772206全波天线192x2359.021207半波天线91223.163608半波天线91309.77809半波天线91359.0220实验结论：相同距离下，环形天线的电磁波接收功率最高，全波天线次之，半波天线接收电磁波功率最小。灯泡点亮和检波电流证明了位移电流的存在，并且随着距离的增加而衰减。2、本实验如何证明了位移电流的存在，分析位移电流与传导电流的关系。答：在电磁波的发射接收过程中，发射电路与接收天线间无实质导线存在，所以电磁场的传播过程只能靠位移电流来激发磁场的产生，当接收天线接收到电磁波并点亮白炽灯泡或者产生检波电流时，便可证明位移电流的存在。位移电流与传导电流关系：传导电流是带电粒子在导电介质中定向移动产生，定义为单位时间内通过某一曲面的电荷量；位移电流则定义为电位移矢量关于时间的一阶偏导数关于某一有向曲面的第二型曲面积分，两种电流的单位都是安培。位移电流知识一种等效的电流，这个概念的提出主要是为了修正完善磁场中的安培环路定理，它不像传导电流那样产生热效应、化学效应。3、通过本实验，谈谈你的心得体会，并讲述该实验与本课程的哪些知识点相关。心得体会：通过这一次实验，我们进一步认识了时变电磁场，理解了电磁感应的原理和作用、电磁波的辐射原理，加深了对位移电流概念的理解，对电磁场与电磁波这门课程有了更深的理解与感悟。相关知识点：位移电流概念、全电流的概念、修正后的安培环路定理、法拉第电磁感应定律、电磁波辐射原理原始数据记录与签字：

实践环节评分及标准考察项目考察内容教师评价备注（评语）过程表现100分态度认真、积极主动、操作规范，实验完毕后仪器断电、归位（90-100分）态度认真、积极主动、操作正确，实验完毕后仪器断电、归位（80-89分）态度较认真、操作基本正确，实验完毕后仪器断电、归位（60-79分）态度不端正、操作不规范，实验完毕后仪器未断电、归位（60分以下）结果验收100分实验数据处理准确规范、结果合理、结论正确（90-100分）实验数据处理准确、结果合理、结论正确（80-89分）实验数据处理较准确、