大学物理-电磁振荡与电磁波要点课件

电磁振荡与电磁波电磁振荡与电磁波11、电磁振荡：LC电磁振荡电路；无阻尼电磁自由振荡方程及能量；2、电磁波：电磁波的产生与传播性质、能量；电磁波谱。主要内容：教学要求：1、了解LC电路中电磁振荡的规律和特点；2、理解电磁波产生与传播的条件和电磁波的性质。1、电磁振荡：LC电磁振荡电路；217-1电磁振荡在电路中电流或电荷的振动叫做电磁振荡,产生电磁振荡的电路叫做振荡电路.一、振荡电路无阻尼自由电磁振荡1、LC振荡电路LACKB+2、振荡的过程:电路中电荷、电流作周期性变化,相应地电场、磁场能量亦作周期性变化,且不断相互转化.电路中能量没有损耗。L、C是储能元件,能量转换是可逆的;17-1电磁振荡在电路中电流或电荷的振动叫做电磁振荡,产生3二、无阻尼电磁振荡的振荡方程只含L和C的电路是理想的无阻尼自由振荡电路.振荡电路中,电荷和电流随时间变化的规律方程称为振荡方程q为任意时刻电容器上的电量,为电量振幅，是初相,是振荡角频率。二、无阻尼电磁振荡的振荡方程只含L和C的电路是理想的无阻尼自4即:电流的相位比电量超前三、无阻尼自由振荡的能量t时刻,C中电场能量和L中磁场能量：即:电流的相位比电量超前三、无阻尼自由振荡的能量t时刻,C5表明:LC电路中的磁场能量和电场能量都随时间作周期性变化,总能量为：可见,在无阻尼自由振荡电路中,电场能量和磁场能量不断地相互转化,但其总和保持不变,电磁场能量守恒。3、电路中电磁场能量亦不能以电磁波形式辐射出去。能量守恒的条件：1、电路中电阻必须为0，没有能量消耗；2、电路中没有任何新注入的能量；表明:LC电路中的磁场能量和电场能量都随时间作周期性变化,总617-2电磁波麦克斯韦认为：变化的电场和磁场会不断地交替激发,并由近及远地传播出去.这种以一定速度在空间传播的电磁场就是电磁波。一、电磁波的产生与传播1、LC振荡电路辐射电磁波的条件：1)振荡频率必须足够高,因为辐射能量与振荡频率的四次方成正比;2)电路必须开放,电场能量和磁场能量不能只局限在L和C中。为满足上述条件,LC电路演变成振荡偶极子.17-2电磁波麦克斯韦认为：变化的电场和磁场会不断地交7赫兹实验:1888年，赫兹用与上述相类似的振荡偶极子首次在实验上产生了电磁波，从而证实了电磁波的存在。2、电磁波的传播1)电磁波传播的物理机制变化的磁场激发涡旋电场：变化的电场(位移电流)激发涡旋磁场：赫兹实验:1888年，赫兹用与上述相类似的振荡偶极子首次在实82)电磁场在空间的分布近场:电力线的形状随偶极子的振荡而改变,由非闭合变为闭合曲线;辐射场:波面趋于球面,电力线为闭合曲线,电场方向沿子午线切线方向,磁力线是一系列以偶极子轴线为轴的同心圆，电场与磁场互相垂直,且都垂直于矢径.由上面方程可求得电磁场在空间的分布.电磁场表达式：2)电磁场在空间的分布近场:电力线的形状随偶极子的振荡而改变9对于远离波源的一个小区域：式中为电磁波在介质中的传播速度3、电磁波的基本性质1)电磁波是横波,电矢量磁矢量和传播速度成右手螺旋关系,三者相互垂直。2)和同相位。对于远离波源的一个小区域：式中为电磁波在介质中103)和幅值成比例。4)传播速度由介电常数和磁导率决定在真空中，3)和幅值成比例。4)传播速度由介电常数和磁导率决定11二、电磁波的能量电磁场具有能量,随着电磁波的传播就有能量的传播.1、电磁波的能流密度(单位时间内通过单位截面积的能量):二、电磁波的能量电磁场具有能量,随着电磁波的传播就有能量的传122、坡印亭矢量因及电磁波的传播方向三者相互垂直,并成右手螺旋关系3、平均辐射功率:波源在单位时间内辐射出去的平均能量2、坡印亭矢量因及电磁波的传播方向三者相互垂直,13电磁波辐射的能量特点(1)平均辐射功率与振荡频率的四次方成正比;(2)离偶极子越远，辐射强度越弱;(3)辐射能量具有明显的方向性.三、电磁波谱电磁波的范围很广,其本质相同,只是频率(波长)不同而具有不同的特性.可分为:无线电波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,宇宙射线等.电磁波辐射的能量特点(1)平均辐射功率与振荡频率的四次方成正14小结1、LC电磁振荡:电路、过程、能量;2、电磁波的产生与传播:发射源、传播机制、电磁场分布、性质。3、电磁场的能量;4、电磁波谱.小结1、LC电磁振荡:电路、过程、能量;2、电磁波的产15电磁振荡与电磁波电磁振荡与电磁波161、电磁振荡：LC电磁振荡电路；无阻尼电磁自由振荡方程及能量；2、电磁波：电磁波的产生与传播性质、能量；电磁波谱。主要内容：教学要求：1、了解LC电路中电磁振荡的规律和特点；2、理解电磁波产生与传播的条件和电磁波的性质。1、电磁振荡：LC电磁振荡电路；1717-1电磁振荡在电路中电流或电荷的振动叫做电磁振荡,产生电磁振荡的电路叫做振荡电路.一、振荡电路无阻尼自由电磁振荡1、LC振荡电路LACKB+2、振荡的过程:电路中电荷、电流作周期性变化,相应地电场、磁场能量亦作周期性变化,且不断相互转化.电路中能量没有损耗。L、C是储能元件,能量转换是可逆的;17-1电磁振荡在电路中电流或电荷的振动叫做电磁振荡,产生18二、无阻尼电磁振荡的振荡方程只含L和C的电路是理想的无阻尼自由振荡电路.振荡电路中,电荷和电流随时间变化的规律方程称为振荡方程q为任意时刻电容器上的电量,为电量振幅，是初相,是振荡角频率。二、无阻尼电磁振荡的振荡方程只含L和C的电路是理想的无阻尼自19即:电流的相位比电量超前三、无阻尼自由振荡的能量t时刻,C中电场能量和L中磁场能量：即:电流的相位比电量超前三、无阻尼自由振荡的能量t时刻,C20表明:LC电路中的磁场能量和电场能量都随时间作周期性变化,总能量为：可见,在无阻尼自由振荡电路中,电场能量和磁场能量不断地相互转化,但其总和保持不变,电磁场能量守恒。3、电路中电磁场能量亦不能以电磁波形式辐射出去。能量守恒的条件：1、电路中电阻必须为0，没有能量消耗；2、电路中没有任何新注入的能量；表明:LC电路中的磁场能量和电场能量都随时间作周期性变化,总2117-2电磁波麦克斯韦认为：变化的电场和磁场会不断地交替激发,并由近及远地传播出去.这种以一定速度在空间传播的电磁场就是电磁波。一、电磁波的产生与传播1、LC振荡电路辐射电磁波的条件：1)振荡频率必须足够高,因为辐射能量与振荡频率的四次方成正比;2)电路必须开放,电场能量和磁场能量不能只局限在L和C中。为满足上述条件,LC电路演变成振荡偶极子.17-2电磁波麦克斯韦认为：变化的电场和磁场会不断地交22赫兹实验:1888年，赫兹用与上述相类似的振荡偶极子首次在实验上产生了电磁波，从而证实了电磁波的存在。2、电磁波的传播1)电磁波传播的物理机制变化的磁场激发涡旋电场：变化的电场(位移电流)激发涡旋磁场：赫兹实验:1888年，赫兹用与上述相类似的振荡偶极子首次在实232)电磁场在空间的分布近场:电力线的形状随偶极子的振荡而改变,由非闭合变为闭合曲线;辐射场:波面趋于球面,电力线为闭合曲线,电场方向沿子午线切线方向,磁力线是一系列以偶极子轴线为轴的同心圆，电场与磁场互相垂直,且都垂直于矢径.由上面方程可求得电磁场在空间的分布.电磁场表达式：2)电磁场在空间的分布近场:电力线的形状随偶极子的振荡而改变24对于远离波源的一个小区域：式中为电磁波在介质中的传播速度3、电磁波的基本性质1)电磁波是横波,电矢量磁矢量和传播速度成右手螺旋关系,三者相互垂直。2)和同相位。对于远离波源的一个小区域：式中为电磁波在介质中253)和幅值成比例。4)传播速度由介电常数和磁导率决定在真空中，3)和幅值成比例。4)传播速度由介电常数和磁导率决定26二、电磁波的能量电磁场具有能量,随着电磁波的传播就有能量的传播.1、电磁波的能流密度(单位时间内通过单位截面积的能量):二、电磁波的能量电磁场具有能量,随着电磁波的传播就有能量的传272、坡印亭矢量因及电磁波的传播方向三者相互垂直,并成右手螺旋关系3、平均辐射功率:波源在单位时间内辐射出去的平均能量2、坡印亭矢量因及电磁波的传播方向三者相互垂直,28电磁波辐射的能量特点(1)平均辐射功率与振荡频率的四次方成正比;(2)离偶极子越远，辐射强度越弱;(3)辐射能量具有明显的方向性.三、电磁波谱电磁波的范围很广,