大学物理第五版平面电磁波幻灯片.ppt

第十章 波动 物理学 第五版 * 复习: 1.驻波方程 驻波振幅随x 而异,与时间无关。 ( 的奇数倍) ( 的偶数倍) 2.波腹,波节位置: 波腹位置: 波节位置: 相邻波腹（节）间距 相邻波腹和波节间距 3.半波损失（相位跃变） 当波由波疏介质入射 波密介质 而在波密媒质界面上反射时，反射波在反射点产生?的相位跃变，相当于出现了(消失了）半个波长的波程差，称半波损失。 4.多普勒效应 因波源或观察者相对于介质的运动，而使观察者接收到的波的频率有所变化的现象称为多普勒效应。 一、波源不动,观察者相对介质以 运动 （1）观察者向着波源运动时 结论：接收到的频率较波源频率升高。 （2）观察者远离波源运动 结论：接收到的频率降低。 二 观察者不动,波源相对于介质以 运动 （1）波源向着观察者运动时 结论：接收到的频率较波源频率升高。 A （2）波源远离观察者运动 结论：接收到的频率降低。 三 波源与观察者同时相对介质运动 观察者向波源运动取 “+” 远离取 “ - ” 波源向观察者运动 “ - ” 远离 “ + ” 一 电磁波的产生与传播 §10-7 平面电磁波 变化的电场和变化的磁场互相依存、又互相激发, 并以有限的速度在空间传播，就是电磁波。 LC振荡电路原则上可作发射电磁波的波源。 电荷和电流随时间作周期性变化的现象，称为电磁振荡。固有振荡频率为 E E E E H H H H L C 发射电磁波须具备两个条件: 一是振荡频率要高，二是电路要开放。 以偶极振子为天线可有效地在空间激发电磁波。 提高频率，须减小线圈自感L和电容C；开放振荡电路，不让电（磁）场和电（磁）能集中在电容器和线圈之中，而要分散到空间去。 改造LC振荡电路使之演变为一根直导线，电流往返振荡，两端出现正负交替变化的等量异号电荷，此电路就称为振荡偶极子，或偶极振子(dipole oscillator) 。 磁感应线是以偶极振子为轴、疏密相间的同心圆，并与电场线互相套连。 离振子的距离r远大于电磁波波长?的波场区，波面趋于球面，电磁场分布比较简单。 一条闭合电场线的形成过程: 二、偶极振子发射的电磁波 距振子中心小于波长的近心区，电磁场分布比较复杂，可从一条电场线由出现到形成闭合圈并向外扩展的过程中看出。 不同时刻振荡电偶极子附近的电场线 + + + + + + + - 振荡电偶极子附近的电磁场线 振荡电偶极子不仅产生电场，而且产生磁场。振荡电偶极子周围的电磁场线如上图所示： 以振子中心为球心、轴线为极轴作球面，作为电磁波的波面。面上任一点A处，场强矢量 处于过点A的子午面内，磁场强度矢量 处于过点A并平行于赤道平面的平面内，两者互相垂直，并且都垂直于点A的位置矢量 ，即垂直于波的传播方向。 采用极坐标表示电场和磁场： 可写作： 分别对x及t 求二阶偏导： 从两式可以看到，E 和H 有相同的频率，且两者是同相位的。 *三、赫兹实验(Hertzian experiment) 赫兹利用电容器充电后通过火花隙放电会产生振荡的原理，做成了如图所示的振荡器。 赫兹实验在人类历史上首次发射和接收了电磁波，且通过多次实验证明了电磁波与光波一样能够发生反射、折射、干涉、衍射和偏振，验证了麦克斯韦的预言，揭示了光的电磁本质，从而将光学与电磁学统一起来。 T D C P : K Q 赫兹利用电容器充电后通过火花隙放电会产生振荡的原理，做成了如图所示的振荡器。 四.平面电磁波的特性 1. 横波 4. E和H量值成比例 2. 偏振性 3. E和H 同相位 5. 电磁波的传播速度为 通常?和? 与电磁波的频率有关，在介质中不同频率的电磁波具有不同的传播速度，此即电磁波在介质中的色散现象。 (1)电磁波是横波, ; (2) 和 同相位 (3) 和 数值成比例 (4)电磁波传播速度 , 真空中波速 等于光速 熟记: 练习: 例题：在真空中沿着z轴负方向传播的平面电磁波，O点处电场强度为 ： 写出O点处磁场强度。 解： 根据平面电磁波的性质 由已知 根据在真空中：有 方向沿y轴负向。