吉林大学《大学物理》课件第12章 电磁波.pptVIP

第十二章

电磁波1/10/20241吉林大学物理教学中心

由麦克斯韦电磁场理论:在空间某区域有变化电场,则在它的邻近的区域就会有被激发起变化的磁场,如此下去,变化的电场和磁场相互激发,由近及远地传播出去。这种变化的电磁场以有限的速度在空间传播的过程-----电磁波。1/10/20242吉林大学物理教学中心

12.1.1电磁波的预言麦克斯韦的电磁场理论表明:（1）变化的磁场激发涡旋电场；变化的电场激发涡旋磁场。（2）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（electromagneticwave）。波源磁场电场磁场磁场磁场磁场电场电场电场12.1电磁波电磁振荡是沿各个不同方向传播的。说明：1/10/20243吉林大学物理教学中心

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，磁场沿y方向）满足下式：波动方程（wavefunction）推导阴影区域边界上电场的环流是12.1.2平面电磁波波动方程zHExyabdcOΔzHEzxyO1/10/20244吉林大学物理教学中心

同理可以得到阴影区域边界上磁场的环流是当并由有穿过阴影区域的磁通量的变化率穿过阴影区域的电通量的变化率zHExyefhgOΔzzHExyabdcOΔz1/10/20245吉林大学物理教学中心

对(12.4)式两边对z同时求导数得同理可得磁场波动方程上式就是平面电磁波的微分方程。当并由有代入(12.6)(两边对t求导)式可得电场波动方程1/10/20246吉林大学物理教学中心

与平面机械波波动方程类比电磁波在介质中的传播速度真空中预言光波也是电磁波。推广：1/10/20247吉林大学物理教学中心

求解平面电磁波微分方程，其解为1/10/20248吉林大学物理教学中心

(1)电磁波是横波；在真空中12.1.3平面电磁波的性质与相互垂直，并与构成右手螺旋系;(2)与都作简谐变化，二者相位相同；(3)与大小关系(4)与具有偏振性。在介质中1/10/20249吉林大学物理教学中心

以电磁波形式传播出去的电磁能量称为辐射能。1.辐射能（radiationenergy）由电磁学知识可知，能量密度为2.电磁波的能量密度在单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的电磁能称为能流密度。12.1.4电磁波的能量传播3.电磁波的能流密度坡印廷矢量1/10/202410吉林大学物理教学中心

对平面电磁波:写成矢量形式如将S对时间取平均值，用I表示I为电磁波的强度（intensityofEMwave）。称为坡印廷矢量（Poyntingvector）。利用1/10/202411吉林大学物理教学中心

例1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。解电磁波沿x轴负方向传播得xyz由1/10/202412吉林大学物理教学中心

练习：设有一平面电磁波在真空中传播，电磁波通过某点时，该点的E=50V/m。试求该时刻该点的B和H的大小，以及电磁能量密度w和能流密度S的大小。解：电磁能量密度:1/10/202413吉林大学物理教学中心

LCS电源i12.2电偶极子辐射电磁波12.2.1电磁波的产生与传播（1）必须有足够高的频率任何LC振荡电路都可以作为发射电磁波的振源。要想有效地把电路中的电磁能发射出去，除补充能量外，须具备：要加大w0必减对于LC振荡电路其固有频率小电路中的L和C值。LC振荡电路1/10/202414吉林大学物理教学中心

不同开放程度的LC振荡电路示意图（2）必须有开放的电路1/10/202415吉林大学物理教学中心

振荡电偶极子视为辐射源（radiationsource），发射电磁波。其发射的电磁波具有中心对称性。电偶极矩p随时间按简谐变化的电偶极子称为振荡电偶极子,即zEHOqPS在区域里，辐射场为辐射的电磁波是球面波。12.2.2电偶极子辐射电磁波1/10/202416吉林大学物理教学中心

1/10/202417吉林大学物理教学中心

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。辐射能流密度S为1/10/202418吉林大学物理教学中心

讨论：r→∞