电磁波的产生和传播

1、 12-7 电磁波的产生(chnshng)和传播 Maxwell预言：变化的电场和变化的磁场互相(h xing)依存、又互相(h xing)激发, 并以有限的速度在空间传播，就是电磁波。 EEEEHHHH1共二十七页1、电磁振荡(din c zhn dn)现象LC振荡电路 在任意瞬间，在L中产生的自感电动势总是(zn sh)与C两板上的电势差守恒，即：将 代入上式一、从电磁振荡到电磁波2共二十七页其中：振荡圆频率间谐电磁振荡过程(guchng)中任一瞬间的能量：解得：3共二十七页 该式说明，在间谐电磁振荡电路中，尽管电场(din chng)能和磁场能随时间改变，但总的电磁能却是恒定的，其大小等

2、于初始时电源给电容器充电的能量。2. 产生(chnshng)电磁波的条件 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。根据 提高频率，须减小线圈自感L和电容C4共二十七页根据减少线圈的匝数，增加电容器两极(lingj)板的距离5共二十七页开放电路，不让场和能集中(jzhng)在电容器和线圈之中，而要分散到空间去。LC+-+-+-偶极振子 LC振荡电路演变为一根直导线，电流往返(wngfn)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) 。以偶极振子为天线可有效地在空间激发电磁波。6共二十七页二、电磁波的辐射(

3、fsh) 两个小球相距l ，带有等量异号电荷(dinh)，则系统的电偶极矩为：+-+q-ql 如果小球的电荷不变，l 作正弦变化，则p也作正弦变化 如果小球的相对位置不变，小球的电荷作正弦变化，则：7共二十七页 坐标原点处有一偶极振子，当rl，且r（ 为辐射(fsh)的电磁波波长）时，求图中M点的电磁场。分析(fnx)偶极振子产生的电磁场8共二十七页 即电场只有 分量， 磁场只有 分量。式中 表示 P 对t 的二阶导数。9共二十七页3、E和 H 的振幅都与r成反比。在半径(bnjng)为r 的球面上具有相同的位相，即波振面为球面；410共二十七页三、电磁波的性质(xngzh)1、电磁波是横波(

4、hngb)；2、电矢量与磁矢量垂直，H E；11共二十七页*四、赫兹(hz)实验(Hertzian experiment) 赫兹利用电容器充电后通过火花隙放电(fng din)会产生振荡的原理，做成振荡器。 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，验证了麦克斯韦预言，揭示了光的电磁本质，从而将光学与电磁学统一起来。 TDCP:KQ12共二十七页四、电磁波的波谱(bp)(spectrum of electromagnetic wave) 真空中电磁波具有相同的传播速度。将各种电磁波按照频率或波长的大小(dxio)顺序排

5、列起来形成波谱。 13共二十七页 (1) 无线电波:波长于3km1mm，3km50m中波波段，50m10m短波波段, 10m1mm微波波段。常用(chn yn)于广播、电视、通讯和雷达。 (2) 红外线:波长处于十分之几毫米至760nm之间。红外线具有显著的热效应，也称为(chn wi)热线。 (3) 可见光:波长760nm400nm；(4) 紫外线:波长400nm5nm；(5) X射线:波长10nm10-2nm，有较强的穿透力；(6) 射线:波长从10-2 nm至无限短，有极强穿透力。 整个电磁波波谱上大致可以划分成如下区域：14共二十七页点击深色键返回(fnhu)原处15共二十七页 习 题

6、11-1 将一条(y tio)形磁铁插入一闭合线圈，线圈中将产生感应电动势。问在磁铁与线圈相对位置相同的情况下，迅速插入和缓慢插入线圈中所产生的感应电动势是否相同？感应电流是否相同？因电磁感应所产生的总电量是否相同？ 16共二十七页11-4 将一条形磁铁插入电介质环中，环内会不会产生感应(gnyng)电动势？会不会产生感应(gnyng)电流？环内还会发生什么现象？ 17共二十七页11-5 让一块条形磁铁顺着一根很长的竖直铜管下落(xilu)，若忽略空气阻力，磁铁将作何种运动？ 18共二十七页 11-6 用题11-6图中的装置可以观察电磁感应现象。导体环A是闭合的，而导体环B有一缺口，两环用细杆

7、连接，用竖直顶针支其中心点O，使两环可绕点O在水平面内自由转动。当用磁性很强的条形磁铁插入环A时，发现环向后退(hutu)，而插入环B时，环不动。试解释所观察到的现象。 19共二十七页11-9 有一半径为r的金属圆环，电阻(dinz)为R，置于磁感应强度为B的匀强磁场中。初始时刻环面与B垂直，后将圆环以匀角速度绕通过环心并处于环面内的轴线旋转 / 2。求： (1) 在旋转过程中环内通过的电量； (2) 环中的电流； (3) 外力所作的功。解 (1) 在旋转过程(guchng)中环内通过的电量为20共二十七页 (2) 根据题意(t y)，环中的磁通量可以表示为 故感应电动势为(3) 外力所作的功

8、，就是外力矩(l j)所作的功。在圆环作匀角速转动时，外力矩(l j)的大小与磁力矩(l j)的大小相等，故力矩(l j)为 21共二十七页外力矩(l j)克服磁力矩(l j)所作的功为 外力矩作的功应等于圆环电阻上消耗(xioho)的能量，故有22共二十七页11-22 由细导线绕制成的边长为a的n匝正方形线圈，可绕通过其相对两边中点的铅直轴旋转，在线圈中通以电流I，并将线圈放于水平取向的磁感应强度为B的匀强磁场中。求当线圈在其平衡位置附近作微小(wixio)振动时的周期T。设线圈的转动惯量为J，并忽略电磁感应的影响。 解 设线圈(xinqun)平面法线与磁感应强度B成一微小夹角，线圈所受力矩

9、为 23共二十七页根据转动定理，有负号表示L的方向(fngxing)与角加速度的方向(fngxing)相反。 或写为令24共二十七页 因为(yn wi)是常量，所以上式是标准的简谐振动方程，立即可以得到线圈的振动周期，为25共二十七页基本(jbn)要求 l. 法拉第电磁感应定律和楞次定律是电磁感应现象所遵从的基本规律，要求深入理解，并能熟练地运用它们分析有关(yugun)现象；理解互感和自感现象的规律，掌握其计算方法； 2. 磁场对电流的作用反映在磁场对通电导线的作用、对载流平面线圈的作用，以及带电粒子在磁场中的运动等方面，应熟练掌握之； 3. 掌握涡旋电场和位移电流两个基本概念，掌握麦克斯韦方程组的两种表示形式，了解电磁波的产生和传播，掌握简谐平面电磁波的主要特性； 4. 正确理解电磁波的产生和传播26共二十七页内容摘要12-7 电磁波的产生和传播。Maxwell预言：变化的电场(din chng)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。一是振荡频率要高，二是电路要开放。减少线圈的匝数，增加电容器两极板的距离。两个小球相距l ，带有等量异号电荷，则系统的电偶极矩为：。r（ 为辐射的电磁波波