1.1 光的波动性质.ppt

§1.1 光的波动性质 §1.2 光波的数学描述  §1.3光波的叠加 §1.4光的偏振态 §1.5光波的傅立叶分析 §1.6光在介质界面的反射与折射 1.1.1 波动的实质 1.1.2 波动的基本特征量 1.1.3 波的类型 e 电磁场的普遍规律总结为麦克斯韦方程组，它是麦克斯韦把稳恒电磁场（静电场和稳恒电流的磁场）的基本规律推广到交变电磁场的普遍情况而得到的。麦克斯韦方程组指出了函数E、B和电荷分布及运动的关系，特别指出了E和B变化之间的关系。 它通常写成积分和微分两种形式。从方程组出发，结合具体条件，可以定量地研究在这些给定条件下发生的光学现象。如光的辐射、传播、与物质的相互作用等现象。 一、对电磁场的基本认识： 1：静电场、静磁场及其表现 在静止电荷周围有静电场，在恒定电流周围有静磁场。 电场的表现为：处在电场中的带电物质要受到电场力的作用，这个力的大小和方向与描述电场的物理量—电场强度E有关。 磁场的表现为：处在磁场中的带电物质要受到磁场力的作用，这个力的大小和方向与描述磁场的物理量—磁感应强度B有关。 电场和磁场由带电物质及其运动产生，并通过对带电物质的作用而表明其存在。 2：电磁场是矢量场：E和B都是矢量 3：电荷做加速运动时，所产生的电磁场将随着时间变化， E和B不仅是位置坐标r的函数，还是时间t的函数。 三、积分形式的麦克斯韦方程组 1来源：静电场和稳恒电流的磁场的基本规律 高斯定理： 电场是有源场； 静电场是无旋场； 磁场是无源场； 安培环路定理: 电流能产生环形磁场 D=?0E+P P:极化强度 P= ε0[χ]E [χ] :电极化率 ,标量\张量 三、积分形式的麦克斯韦方程组 麦克斯韦的工作： 以上4式只适用于稳恒场情况，要应用到交变场的情况，必须对它们作适当修正和推广。 麦克斯韦完成了这一工作。 1）.他假定在交变场情况下：第1、3式仍成立； 2）.第2式以法拉第电磁感应定律来代替； 3）.第4式需要修改。 三、积分形式的麦克斯韦方程组 法拉第电磁感应定律： 一个闭合线圈处在变化的磁场中，会产生感应电动势，其大小与磁通量的时间变化率成比例，它的方向由左手定则决定。 表达式： 式中 表示线圈内磁通量的变化率，面积分取以线圈为边界的任意曲面的积分，负号表示感应电动势的方向,由左手定则确定。 三、积分形式的麦克斯韦方程组 麦克斯韦认为（猜想）： （1）感应电动势的产生是一种电场对线圈中自由电荷作用的结果； （2）这种电场由变化的磁场产生，与静电场不同，它是涡旋电场； （3）这种电场的存在不依赖于线圈，即使没有线圈，只要在空间某一区域磁场变化，就会产生这种涡旋电场。 （4）法拉第电磁感应定律实质上是表示变化的磁场和变化的电场之间联系的普遍规律。 三、积分形式的麦克斯韦方程组 感应电动势的定义：单位正电荷沿闭合回路移动一周时，涡旋电场所作的功。即 因此得到： 此式即为法拉第电磁感应定律的数学表达式 三、积分形式的麦克斯韦方程组 麦克斯韦进一步猜想： 不但变化的磁场能产生电场，变化的电场也能产生磁场；并且在激发磁场这一点上，电场的变化相当于一种电流，它被称为“位移电流”。这一点被后来的实验所证实。 位移电流的引入，进一步揭示了电磁场互相密切联系的性质。 三、积分形式的麦克斯韦方程组 位移电流强度：为电通量的变化率。 表达式： 位移电流密度定义： 位移电流强度与位移电流密度联系 交变场情况：磁场包括由传导电流和位移电流两部分产生的磁场，故第4式应改写为： 三、积分形式的麦克斯韦方程组 2：积分形式的麦克斯韦方程组及其物理意义 (1): (2): (3): (4): 式（1）：电荷可以单独存在，电场是有源场 式（2）：磁荷不可以单独存在，磁场是无源场 式（3）：变化的磁场产生电场。 式（4）：变化的电场产生磁场。 三、积分形式的麦克斯韦方程组 3：麦克斯韦的贡献： 贡献在于麦克斯韦方程组