物理課件電磁波

物理課件電磁波第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日12.1電磁波的波動方程一、電磁波（electromagneticwave)麥克斯韋的電磁場理論表明:

變化的磁場激發(fā)渦旋電場；變化的電場激發(fā)渦旋磁場。電磁振源產(chǎn)生交變電磁場，交變電場與交變磁場互相激發(fā)，形成電磁波。波源磁場電場磁場磁場磁場磁場電場電場電場第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日二、電磁波波動方程(wavefunction)證明電磁場以波動形式傳播，其中類比：沿z方向傳播的機械波的波動方程在均勻無限大無源區(qū)域中，沿z方向傳播電磁場（電場是x方向）滿足下式：波動方程第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日真空中:預(yù)言光波是電磁波三、平面簡諧電磁波在均勻無限大、各向同性介質(zhì)中，波動方程的一種解是：式中k稱為角波數(shù)，代表沿傳播方向改變單位距離時，相應(yīng)相位的變化，即于是有第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日特點：波面是平面振幅不變HEzxy平面簡諧電磁波利用電磁理論，與電場Ex對應(yīng)的磁場是上述表達式(Ex，Hy)代表沿z軸傳播、電磁場沿x、y方向的平面簡諧電磁波四、平面電磁波的性質(zhì)第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日1.電磁波是橫波E、H與傳播方向k垂直。2.E與H相互垂直，并與k構(gòu)成右手螺旋系。3.E與H同相位。4.E與H大小關(guān)系：在真空中：五、電磁波的強度與壓強第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日電磁波具有的電磁能量稱為輻射能1.輻射能表示：引人能量密度2.坡印廷矢量在單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積的輻射能稱為表示：比照機械波的推導(dǎo)，有能流密度利用第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日寫成矢量式

稱為坡印廷矢量如將S對時間取平均值，且以I表示I為電磁波的強度對平面電磁波:第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日12.2電磁振蕩與輻射的傳播一、振蕩電偶極子的輻射振蕩電偶極子視為波源，發(fā)射電磁波。電矩p隨時間按簡諧變化的電偶極子稱為振蕩電偶極子,即ZEHOqPS在區(qū)域里，輻射場為第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日輻射能流密度S為輻射功率P是整個球面的能流在一個周期內(nèi)的平均功率為：ZEHOqPS振蕩電偶極子的輻射功率P

或與其振蕩頻率的4次方成正比。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日在遠離波源小區(qū)域內(nèi)電磁波，r、θ

在考察范圍內(nèi)變化很小,可視為恒量其中視為平面波第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日二、電磁波的產(chǎn)生與傳播1.電磁振動源LC電路是最簡單振蕩電路，構(gòu)成振蕩源將K扳向右端，C

兩端電壓為

，K再扳向左端，形成充放電過程。任一時刻自感電動勢與C的兩板間電勢差相等。LCK電源i第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日利用得出是簡諧振動方程，其解是：式中，Q0是極板上電量幅值?；芈分须娏魇牵旱谑?，共二十四頁，2022年，8月28日I0＝Q0是極板上電量幅值。LC電路的能量是：閉合LC電路形成穩(wěn)定電磁振蕩，振蕩過程中，電場能量與磁場能量相互轉(zhuǎn)移，能量守恒，不產(chǎn)生電磁輻射。2.電磁波產(chǎn)生條件為使LC振蕩電路想外輻射電磁波，需滿足如下條件（1）必須有開放的電路第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日不同開放程度的LC振蕩電路示意圖第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日（2）必有足夠大的頻率要加大ω0必減小電路中的L和C值。

振蕩電偶極子的頻率越高越能有效地把能量發(fā)射出去。對于LC振蕩電路其固有頻率三、電磁波譜電磁波按照頻率或波長的順序而排列的譜，稱為電磁波譜。第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日有一頻率為的脈沖強激光束,它攜帶總能量持續(xù)時間是,激光束的圓形截面半徑為求:(1)激光波長;(2)平均能流密度;(3)平均能量密度;(4)輻射強度;(5)這一激光束中的電場振幅和磁場振幅1第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日解:第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日有一列平面電磁波在真空中沿x軸負方向傳播，若其電場強度的波表達式為,試寫出磁場強度的波的表達式。

2解:電磁波沿x軸負方向傳播，由知，當(dāng)某一瞬時，沿著y軸正方向，則沿著z軸負方向。因此，磁場強度的表達式為

第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日有一平面電磁波在真空中傳播，當(dāng)電場波通過某點時，電場強度，試求此時刻磁感應(yīng)強度B和磁場強度H，以及電磁能量密度和輻射強度。

3解:第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日有一平面電磁波在真空中傳播，當(dāng)電場波通過某點時，電場強度，試求此時刻磁感應(yīng)強度B和磁場強度H，以及電磁能量密度和輻射強度。

3解:第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日一廣播電臺的平均輻射功率為，假設(shè)輻射能流均勻地分布在以電臺為球心的半球面上。（1）求距離電臺為