电磁场和电磁波.ppt

电磁振荡与电磁波,麦克斯韦：电磁场理论，证明电磁场以波的形式传播，波速为光速。 赫兹：1888年用实验证明了电磁波的存在。 波波夫：1895年发明了无线电报接收机，1896年3月表演了距离为250m的无线电报传送。 马可尼：1897年第一次实现了9英里的无线电联系；1899年实现了横跨英吉利海峡的无线电通讯；1901年完成了从法国穿越大西洋到达加拿大的无线电通讯。1909年他获得了诺贝尔物理学奖金。 内容：电磁振荡和电磁波的产生，电磁波的特性等。,赫兹（Hertz, H. R. ,1857-1894）,德国物理学家 用实验证实了电磁波的存在，并确认了电磁波是横波，具有与光类似的特性，并且实验了两列电磁波的干涉，同时证实了在直线传播时，电磁波的传播速度与光速相同，从而验证了麦克斯韦的电磁理论的正确性。 1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代的意义，它不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。 为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫”。,161 电磁振荡,一、振荡电路 无阻尼自由电磁振荡,1、LC振荡电路,充电： 电容器C两极板间的电压：U0=e 两极板上等量异号电荷：+Q0、-Q0；,放电：,电路无电流，电场能量集中在电容器两极板间,线圈激起磁场，电路中电流逐渐增大，电荷减小，放电终了，电容器电场能量全部转化为磁场能量,对电容器反向充电，随着电流的减弱，两极板上电荷逐渐增多，磁场能量又全部转化为电场能量,电客器放电，电场能量又转化为磁场能量,2、几个基本概念,电磁振荡： 电荷和电流、电场和磁场随时间作周期性变化的现象。 振荡电路： 产生电磁振荡的电路。 无阻尼自由振荡电路： 电路中没有任何能量耗散(转换为焦耳热、电磁辐射等)，称为无阻尼自由振荡电路。 振荡方程： 振荡电路所遵循的欧姆定律。,一、电磁波的产生与传播,1、LC振荡电路辐射电磁波的条件,振荡频率足够高辐射能量与频率的四次方成正比， 电路开放LC是集中性元件，电场能量集中在电容器中，磁场能量集中在线圈中，为了把电磁能辐射出去，电路必须是开放型的。,LC振荡电路就演变为振荡偶极子,2、电磁波的波动方程,振荡电偶极子,电磁波 传播速度,结论： 电磁波频率就是电偶极子振荡的频率； 电场与磁场的振幅与电偶极子振荡频率的平方成正比； 电磁波是横波，Er，Hr 电场与磁场的振动相位相同。,在离电偶极子很远的地方，则可以看成是平面波,二、电磁波的特性,电磁波是横波，电矢量、磁矢量与传播速度垂直,电场与磁场同相位,电场与磁场幅值成比例,真空中电磁波的传播速度等于光速,三、电磁波的能量,1、能流密度,以电磁波形式传播出去的能量叫做辐射能。,能量密度,能流密度,坡印廷矢量,特点： 辐射能量与频率的四次方成正比； 辐射能量与距离的平方成反比，这是球面波的特点； 有很强的方向性，在垂直于轴线方向上的辐射最强，而在沿轴线方向上没有辐射。,2、辐射功率,单位时间内辐射的能量叫做辐射功率。,四、电磁波谱,电磁波的范围很广。为了便于比较，以便对各种电磁波有全面的了解，我们可以按照波长（或频率）的大小，把它们依次排成波谱，称为电磁波谱。,无线电波：长波： 31033104m，远洋长距离通讯与导航 中波： 2003103m， 航海，航空定向，无线电广播 短波： 10200m， 无线电广播，电极通讯等。 超短波：110m， 电视，雷达电导航 微波： 0.1cm1m， 电视，雷达电导航 红外线： 0.76600mm 热效应 可见光： 0.400.76mm 紫外光： 0.4m50 A0 生理作用，杀菌，诱杀昆虫，医疗 x射线： 500.4 A0 穿透能力强，人体透视晶体结构分析 g 射线： 0.4A0 与研究原子核结构,2019/6/17,14,解：,(1)、E波和H波同位相；,(2)、两波振幅满足：,(3)、,三者关系为,例1：,对于求E波、H波表达式要明确三点：,2019/6/17,15,1. 电磁波是横波,2. 电矢量 与磁矢量 的振动位相相同,3. 在空间任一点处， 和 之间在量值上的关系,4. 电磁波的传播速率,二、电磁波的能量,1.电磁波的能量密度：,2. 能流密度,S,（坡印廷矢量）,小 结,一、电磁波的基本性质,1、如图，平板电容器(忽略边缘效应)充电时，沿环路L1的磁场强度的环流与沿环路L2的磁场强度的环流两者，必有：,(A),(B),(C),(D),.,第十一章 选择题,解：,回路1部分电流 回路2全部电流,C,2、电位移矢量的时间变化率 的单位是？,(A)、库仑 / 米2 (B)、库仑 / 秒 (C)、安培 / 米2 (D)、安培 米2,C,解：,由感应电场的性质：,1 非保守场；,D,2 电力线闭合。,解：,4、设在真空中沿着 x 轴正方向传播的平面电磁波，其电场 强度的波的表达式是 则磁场 强度的波的表达式是：,(1)、E 波和H 波同位相：,解：,(2)、两波振幅满足：,C,解：,5、电磁波的电场强度 E ，磁场强度H 和传播速度u 的关系是：,三者相互垂直，而且 E 和 H 位相差/2 (B) 三者相互垂直，而且 E、H 、u 构成右旋直角坐标系 (C) 三者中 E 和 H 是同方向的，但都与 u 垂直 (D) 三者中 E 和 H 可以是任意方向，但必须与 u 垂直,B,波印廷矢量-能流密度,6、在圆柱形空间内有一均匀磁场，如图所示，,磁场的大小以速率dB/dt变化有一长度为l0的金属棒先后放在磁场的两个不同位置1(ab)和2(ab)，则金属棒在这两个位置时棒内的感应电动势的大小关系为,(A),(B),(C),(D),解：,B,7、在圆柱形空间内有一均匀磁场，如图所示,磁场的大小以速率dB/dt变化在磁场中有A、B两点，其间可放直导线AB和弯曲的导线AB，则,(A) 电动势只在直AB导线中产生,(B) 电动势只在弯AB导线中产生,(C) 电动势在直AB和弯AB中都产生，且两者大小相等,(D)直AB导线中的电动势小于弯AB导线中的电动势,解：,D,见第6题,三角形面积小于扇形面积,8、如图所示，空气中有一无限长金属薄壁圆筒，在表面上沿圆周方向均匀地流着一层随时间变化的面电流i(t)，则 (A) 圆筒内均匀地分布着变化磁场和变化电场 (B) 任意时刻通过圆筒内假想的任一球面的磁通量和电通量均为零 (C) 沿圆筒外任意闭合环路上磁感强度的环流不为零 (D) 沿圆筒内任意闭合环路上电场强度的环流为零,解：,B,感应电场和感应磁场均为闭合线,9、对位移电流，有下述四种说法，请指出哪一种说法正确 (A) 位移电流是指变化电场 (B) 位移电流是由线性变化磁场产生的 (C) 位移电流的热效应服