大学物理精品课件：电磁波.ppt

1、第九章 电磁波,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。,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。,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

2、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：,引入角波数k ，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,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,辐射

3、能,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,能流密度,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:,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,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：,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。,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

4、，构成振荡源,将K扳向右端，C 两端电压为 ，,任一时刻自感电动势与两板间电势差相等。,K扳向左端，形成LC电路。,充 电,振荡,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：,I0Q0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0 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

5、。,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)电场振幅和磁场振幅.,解:,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,(2)平均能流密度; (3)平均能量密度; (4)辐射强度; (5)电场振幅和磁场振幅.,求:,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,(2)平均能流密度; (3)平均能量密度; (4)辐射强度; (5)电场振幅和磁场振幅.,求:,