大学物理课件电磁波.pptVIP

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* 由麦克斯韦电磁场理论:在空间某区域有变化电场,则在它的邻近的区域就会有被激发起变化的磁场,如此下去,变化的电场和磁场相互激发,由近及远地传播出去。 这种变化的电磁场以有限的速度在空间传播的过程-----电磁波。 12.1 电磁波的波动方程 一、电磁波(electromagnetic wave) 麦克斯韦的电磁场理论表明: 变化的磁场激发涡旋电场;变化的电场 激发涡旋磁场。 电磁振源产生交变电磁场,交变电场与交变磁场互相激发,形成电磁波。 波源 磁 场 电场 磁场 磁场 磁场 磁场 电场 电场 电场 二、电磁波波动方程(wave function) 证明电磁场以波动形式传播,其中 类比: 沿z方向传播的机械波的波动方程 在均匀无限大无源区域中,沿z方向传播 电磁场(电场是x方向)满足下式: 波动方程 真空中: 预言光波是电磁波 三、平面简諧电磁波 在均匀无限大、各向同性介质中,波动方程的一种解是: 式中k称为角波数,代表沿传播方向改变单位距离时,相应相位的变化,即 于是有 特点: 波面是平面 振幅不变 H E z x y 平面简谐电磁波 利用电磁理论,与电场Ex对应的磁场是 上述表达式(Ex,Hy)代表沿 z 轴传播、电磁场沿x 、y方向的平面简諧电磁波 四、平面电磁波的性质 1.电磁波是横波 E、H 与传播 方向 k 垂直。 2. E与H相互垂直,并与k构成右手螺旋系。 3. E与H 同相位。 4. E与H大小关系: 在真空中: 五、电磁波的强度与压强 电磁波具有的电磁能量称为 1.辐射能 表示:引人能量密度 2.坡印廷矢量 在单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能称为 表示:比照机械波的推导,有 利用 写成矢量式 ? 称为坡印廷矢量 如将S 对时间取平均值,且以I 表示 ? I 为电磁波的强度 对平面电磁波: 12.2 电磁振荡与辐射的传播 一、振荡电偶极子的辐射 振荡电偶极子视为波源,发射电磁波。 电矩 p 随时间按简諧变化的电偶极子 称为振荡电偶极子, 即 Z E H O q P S 在 区域里,辐射场为 辐射能流密度S 为 辐射功率P是整个球面的能流 在一个周期内的平均功率为: Z E H O q P S 振荡电偶极子的辐射功率P 或 与其振荡频率的4次方成正比。 在远离波源小区域内电磁波,r 、θ 在考察范围内变化很小,可视为恒量 其中 视为平面波 二、电磁波的产生与传播 1.电磁振动源 LC电路是最简单振荡电路,构成振荡源 将K扳向右端,C 两端电压为 ? , K再扳向左端,形成充放电过程。 任一时刻自感电动势与 C 的两板间电势差相等。 L C K 电源 i 利用 得出 是简谐振动方程,其解是: 式中 ,Q0是极板上电量幅值。 回路中电流是: I0=?Q0是极板上电量幅值。 LC电路的能量是: 闭合LC电路形成稳定电磁振荡,振荡过程中,电场能量与磁场能量相互转移,能量守恒,不产生电磁辐射。 2.电磁波产生条件 为使LC振荡电路想外辐射电磁波,需满足如下条件 (1)必须有开放的电路 不同开放程度的LC振荡电路示意图 (2)必有足够大的频率 要加大ω0 必减小电路中的L和C值。 振荡电偶极子的频率越高越能有效地把能 量发射出去。 对于LC振荡电路其固有频率 三、电磁波谱 电磁波按照频率或波长的顺序而排列的谱,称为电磁波谱。 有一频率为 的脉冲强激光束,它携带总能量 持续时间是 ,激光束的圆形截面半径为 求:(1)激光波长; (2)平均能流密度; (3)平均能量密度; (4)辐射强度; (5)这一激光束中的电场振幅和磁场振 幅 1 解: 有一列平面电磁波在真空中沿x轴负方向传播,若其电场强度的波表达式为 ,试写出磁场强度的波的表达式。 2 解:电磁波沿x轴负方向传播,由 知,当某一瞬时, 沿着y轴正方向,则 沿着z轴负方向。因此,磁场强度的表达式为 *

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