物理课件电磁波

物理课件电磁波第1页，共24页，2023年，2月20日，星期六12.1电磁波的波动方程一、电磁波（electromagneticwave)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。波源磁场电场磁场磁场磁场磁场电场电场电场第2页，共24页，2023年，2月20日，星期六二、电磁波波动方程(wavefunction)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方向）满足下式：波动方程第3页，共24页，2023年，2月20日，星期六真空中: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：式中k称为角波数，代表沿传播方向改变单位距离时，相应相位的变化，即于是有第4页，共24页，2023年，2月20日，星期六特点：波面是平面振幅不变HEzxy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、平面电磁波的性质第5页，共24页，2023年，2月20日，星期六1.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第6页，共24页，2023年，2月20日，星期六电磁波具有的电磁能量称为辐射能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，有能流密度利用第7页，共24页，2023年，2月20日，星期六写成矢量式

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:第8页，共24页，2023年，2月20日，星期六12.2电磁振荡与辐射的传播一、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ZEHOqPS在区域里，辐射场为第9页，共24页，2023年，2月20日，星期六辐射能流密度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：ZEHOqPS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。第10页，共24页，2023年，2月20日，星期六在远离波源小区域内电磁波，r、θ

在考察范围内变化很小,可视为恒量其中视为平面波第11页，共24页，2023年，2月20日，星期六二、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，构成振荡源将K扳向右端，C

两端电压为

，K再扳向左端，形成充放电过程。任一时刻自感电动势与C的两板间电势差相等。LCK电源i第12页，共24页，2023年，2月20日，星期六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：第13页，共24页，2023年，2月20日，星期六I0＝Q0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）必须有开放的电路第14页，共24页，2023年，2月20日，星期六不同开放程度的LC振荡电路示意图第15页，共24页，2023年，2月20日，星期六（2）必有足够大的频率要加大ω0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。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。第16页，共24页，2023年，2月20日，星期六第17页，共24页，2023年，2月20日，星期六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)这一激光束中的电场振幅和磁场振幅1第18页，共24页，2023年，2月20日，星期六解:第19页，共24页，2023年，2月20日，星期六有一列平面电磁波在真空中沿x轴负方向传播，若其电场强度的波表达式为,试写出磁场强度的波的表达式。

2解:电磁波沿x轴负方向传播，由知，当某一瞬时，沿着y轴正方向，则沿着z轴负方向。因此，磁场强度的表达式为

第20页，共24页，2023年，2月20日，星期六有一平面电磁波在真空中传播，当电场波通过某点时，电场强度，试求此时刻磁感应强度B和磁场强度H，以及电磁能量密度和辐射强度。

3解:第21页，共24页，2023年，2月20日，星期六有一平面电磁波在真空中传播，当电场波通过某点时，电场强度，试求此时刻磁感应强度B和磁场强度H，以及电磁能量密度和辐射强度。

3解:第22页，共24页，2023年，2月20日，星期六一广播电台的平均辐射功率为，假设辐射能流均匀地分布在以电台为球心的半球面上。（1）求距离电台为