大学物理第五版平面电磁波

*,第十章 波动,物理学,第五版,复习:,1.,驻波方程,驻波振幅随,x,而异,与时间无关。,(,的奇数倍,),(,的偶数倍,),2.波,腹,波节位置:,波,腹,位置:,波节位置:,1,相邻,波腹（节）,间距,相邻波,腹,和波,节,间距,3.半波损失,（相位跃变）,当波由波疏介质入射,波密介质,而在波密媒质界面上反射时，,反射波在,反射点,产生,的相位,跃变,，相当于出现了,(,消失了）半个波长的波程差，称,半波损失,。,2,4.,多普勒效应,因波源或观察者相对于介质的运动，而使观察者接收到的波的频率有所变化的现象称为多普勒效应。,一、波源不动,观察者相对介质以,运动,（,1,）观察者,向着,波源运动时,结论：接收到的频率较波源频率升高。,3,（,2,）观察者,远离,波源运动,结论：接收到的频率降低。,二 观察者不动,波源相对于介质以 运动,（,1,）波源,向着,观察者运动时,结论：接收到的频率较波源频率升高。,4,A,（,2,）波源,远离,观察者运动,结论：接收到的频率降低。,5,三 波源与观察者同时相对介质运动,观察者,向,波源运动取,“,+,”,远离取,“,-,”,波源,向,观察者运动“,-,”,远离,“,+,”,END,6,一 电磁波的产生与传播,10-7,平面电磁波,变化的电场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。,LC,振荡电路原则上可作发射电磁波的波源。,电荷和电流随时间作周期性变化的现象，称为,电磁振荡,。固有振荡频率为,E,E,E,E,H,H,H,H,L,C,7,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。,以偶极振子为天线可有效地在空间激发电磁波。,提高频率，须减小线圈自感,L,和电容,C,；开放振荡电路，不让电（磁）场和,电（磁）,能集中在电容器和线圈之中，而要分散到空间去。,改造,LC,振荡电路使之演变为一根直导线，电流往返振荡，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),。,8,磁感应线是以偶极振子为轴、疏密相间的同心圆，并与电场线互相套连。,离振子的距离,r,远大于电磁波波长,的波场区,，波面趋于球面，电磁场分布比较简单。,一条闭合电场线的形成过程,:,9,二、偶极振子发射的电磁波,距振子中心小于波长的近心区，电磁场分布比较复杂，可从一条电场线由出现到形成闭合圈并向外扩展的过程中看出。,10,不同时刻振荡电偶极子附近的电场线,+,+,+,+,+,+,+,-,振荡电偶极子附近的电磁场线,振荡电偶极子不仅产生电场，而且产生磁场。振荡电偶极子周围的电磁场线如上图所示：,11,以振子中心为球心、轴线为极轴作球面，作为电磁波的波面。面上任一点,A,处，场强矢量 处于过点,A,的子午面内，磁场强度矢量,处于过点,A,并平行于赤道平面的平面内，两者互相垂直，并且都垂直于点,A,的位置矢量,，即垂直于波的传播方向。,采用极坐标表示电场和磁场：,12,可写作：,分别对,x,及,t,求二阶偏导：,从两式可以看到，,E,和,H,有相同的频率，且两者是同相位的。,13,*三、,赫兹实验,(Hertzian experiment),赫兹利用电容器充电后通过火花隙放电会产生振荡的原理，做成了如图所示的振荡器。,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，验证了麦克斯韦的预言，揭示了光的电磁本质，从而,将光学与电磁学统一起来。,T,D,C,P,:,K,Q,14,赫兹利用电容器充电后通过火花隙放电会产生振荡的原理，做成了如图所示的振荡器。,15,四,.,平面电磁波的特性,1.,横波,4.,E,和,H,量值成比例,2.,偏振性,3.,E,和,H,同相位,5.,电磁波的传播速度为,通常,和,与电磁波的频率有关，在介质中不同频率的电磁波具有不同的传播速度，此即电磁波在介质中的,色散现象,。,16,(1),电磁波是横波,;,(2),和 同相位,(,3,),和 数值成比例,(4),电磁波传播速度 ,真空中波速 等于光速,熟记:,练习,:,17,例题：在真空中沿着,z,轴负方向传播的平面电磁波，,O,点处电场强度为,：,写出,O,点处磁场强度。,解：,根据平面电磁波的性质,由已知,根据在真空中：有,方向沿,y,轴负向。,18,五,.,电磁波的能量,辐射能,以电磁波的形式传播出去的能量.,电磁波的,能流密度,电磁场,能量密度,电磁波的,能流密度,(,坡印廷,),矢量,又,19,平面电磁波,能流密度,平均值,振荡偶极子的平均辐射功率,另外,20,760,nm,400,nm,可见光,电 磁 波 谱,红外线,紫外线,射 线,X,射线,长波无线电波,频率,波长,短波无线电波,四 电磁波谱,21,名称,长波,中波,中短波,短波,米波,微波,分米波,厘米波,毫米波,波长,30000,3000m,3000,200m,200,50m,50,10m,10,1m,100,10cm,10,1cm,1,0.1cm,频率,10,100kHz,100,1500,kHz,1.5,6MHz,6,30MHz,30,300,MHz,300,3000,MHz,3000,30000,MHz,30000,300000MHz,主要用途,越洋长距离通信和导航,无线电广播,电报通信,无线电广播和电报通信,调频无线电广播、电视广播和无线电导航,电视、雷达、无线电导航等,无线电波的波长范围和用途：,无线电波,22,红外线：,0.6 mm,760 nm,热效应；不易被大气和浓雾吸收。,可见光：,760 nm,400 nm,能使人眼产生光的感觉。,紫外线：,400 nm,5 nm,有明显的化学效应和荧光效应，也有较强的杀菌本领。,x,射线,：,5 nm,0.04 nm,穿透能力强，在医疗上用于透视和病理检查；在工业上用于检查金属材料内部的缺陷和分析晶体结构等。,穿透力比,X,射线更强，对生物的破坏力很大,。,射线：小于,0.04 nm,END,23,