大学物理课件2电磁波 共25页
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浙江大学《大学物理》课件电磁波
B 0 磁场 D H t
H B
电磁场与电磁波
H E t
E H t
E H E t t t
电磁波除了具有能量，还有动量
w 动量密度为 ，能产生辐射压力 光压 c
分析书上例15.2，重点注意能量是如何进入电容器的！
电磁场与电磁波
电磁波谱
电磁场与电磁波
作业： 15-3 15-5 15-8 15-11 15-14
H y H H x H z i j k t t t t
电磁场与电磁波
电磁波中 E 与 H 方向性关系 H E t
H x Ez Ey 0 y z t H y Ex Ez 0 x t z H z Ey Ex 0 x y t
电磁场与电磁波
有关电场和磁场的规律总结如下：
D dS q0 S 静电场 LE dl 0
B dS 0 S 静磁场 LH dl I
一、位移电流 全电流： 变化的磁场产生涡旋电场 d L Ei dl dt 那么，变化的电场能否产生磁场呢？下面来研究电容器的充 放电过程：
电磁场与电磁波
对S1与S 2的边界L作为积分回路，则安培 环路定理有 对S1 : H dl I 对S 2 : H dl 0
L L
电磁场与电磁波
传导电流在通过电容器时不连续！ 但可以发现，两极板的电场是随着传导电流的变化而变化， 而且在数值上与传导电流的大小有重要关系： dq 平行板电容器中D , D D S q,同时电流I , 故有 dt d D dq I dt dt Maxwell将电位移通量的变化看作一种新的等效电流------位 移电流，同时引入全电流的概念，全电流在任何情况下都连 续！
电磁波及其物理基础PPT课件
第47页/共86页
4、地物的发射率和基尔霍夫定律
1) 发射率(Emissivity )：地物 的辐射功率（单位面积上发 出的辐射总通量）W与同温 下的黑体辐射功率W黑的比值。 它也是遥感探测的基础和出 发点。
• 影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、 温度（比热、热惯量）：比 热大、热惯量大，以及具有 保温作用的地物，一般发射 率大，反之发射率就小。
最短的是γ射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源 不同。
2、遥感常用的电磁波波段的特性
第5页/共86页
The Electromagnetic Spectrum
More than meets the eye!
第6页/共86页
Examples from Space!
第7页/共86页
Wavelength • The distance from one wave crest to the next
1
第44页/共86页
黑体辐射的三个特性
A. 辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。 B. 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。 C. 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
第45页/共86页
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann's law
即黑体总辐射通量随温度的增 加而迅速增加，它与温度的四次方 成正比。因此，温度的微小变化， 就会引起辐射通量密度很大的变化。 是红外装置测定温度的理论基础。
❖ 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的
规律的运动。 有
电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有
统计性
第3页/共86页
4、地物的发射率和基尔霍夫定律
1) 发射率(Emissivity )：地物 的辐射功率（单位面积上发 出的辐射总通量）W与同温 下的黑体辐射功率W黑的比值。 它也是遥感探测的基础和出 发点。
• 影响地物发射率的因素：
地物的性质、表面状况、 温度（比热、热惯量）：比 热大、热惯量大，以及具有 保温作用的地物，一般发射 率大，反之发射率就小。
最短的是γ射线
电磁波的波长不同，是因为产生它的波源 不同。
2、遥感常用的电磁波波段的特性
第5页/共86页
The Electromagnetic Spectrum
More than meets the eye!
第6页/共86页
Examples from Space!
第7页/共86页
Wavelength • The distance from one wave crest to the next
1
第44页/共86页
黑体辐射的三个特性
A. 辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。 B. 温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。 C. 随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
第45页/共86页
(2)玻耳兹曼定律
Stefan-Boltzmann's law
即黑体总辐射通量随温度的增 加而迅速增加，它与温度的四次方 成正比。因此，温度的微小变化， 就会引起辐射通量密度很大的变化。 是红外装置测定温度的理论基础。
❖ 粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的
规律的运动。 有
电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有
统计性
第3页/共86页
大学物理电磁感应电磁场和电磁波PPT课件
③ 连接MN成一回路 常数ddt 0
NM MN NM MN2RvB
例4 已知如图 求 的大小和方向
解：
fg
① 用动生电动势公式
I
v
l2
设回路方向： e—f—g—h—e
x e l1 h
effggh he
fghe0
ef hg (v B )d l(v B )d l
作匀速转动. 求线
圈中的感应电动势.
N
enO
'
B
iR
O
已知 S, N,, 求 .
解 设 t 0 时,
en与
B同向
,
则
t
N
N NB co S ts
enO
'
B
dNBSsint
dt
ω
令 mNBS
则 msint
O
iR
msint
金属块
发接 生高 器频
抽真空 金 属 电 极
阻
尼 摆N
S
涡电流加热金属电极
＊12-3 自感和互感
自感现象
L
R
通过线圈的电流变化
时，线圈自身会产生感应 现象.
一 自感电动势 自感 穿过闭合电流回路的磁通量
ΦLI
（1）自感 LΦI
若线圈有 N 匝，
IB
磁通匝数 N Φ自感 L I
一 电磁感应现象 磁铁相对线圈运动
通电线圈相对线圈 运动
磁场中运动的导体所产生的感应现象
二 电磁感应定律
电流通断时所产生的
当穿过闭合回路所围 感应现象
面积的磁通量发生变化时，
回路中会产生感应电动势，
大学物理课件：电磁波篇
在一个连续的谱上。
3
无线电波和光速
电磁波在空气中以及真空中的传播速 度为固定值，即光速。
电磁波的测量和检测方法
谱分析仪
谱分析仪可以分析并显示电 磁波的频谱。
探测器
探测器用于检测和测量电磁 波的强度和频率。
天线
天线接收电磁波并将其转换 为电信号进行进一步处理。
电磁波的安全性与环境影响
1 辐射安全
对辐射源的限制和安全 操作措施可确保电磁波 对人体的安全。
电磁波在日常生活中的应用
广播和通信
无线电和电视广播，手机和卫 星通讯等都依赖于电磁波的传 输。
微波炉
微波炉使用微波来加热食物， 快捷方便。
红外线桑拿
红外线被用于桑拿浴，帮助舒 缓身心。
电磁波的传播和传输原理
1
电场和磁场的相互作用
电磁波由交替的电场和磁场组成，通
电磁谱
2
过彼此的相互作用而传播。
电磁波根据频率和波长的不同，排列
大学物理课件：电磁波篇
欢迎来到大学物理课件：电磁波篇！在这个课程中，我们将讨论电磁波的定 义和基本概念，以及它们在日常生活中的应用。
电磁波的特性和分类
频率和波长
电磁波具有不同的频率和 波长范围，从无线电波到 可见光和X射线。
传播速度
电磁波在真空中传播的速 度恒定不变，为光速的近 似值。
分类
电磁波根据波长范围可分 为射电波、微波、红外线、 可见光、紫外线、X射线和 γ射线。
2 环境污染
电磁波的广泛使用可能 造成对周围环境的一定 影响。
3 电磁波屏蔽
使用屏蔽材料和技术以 减少电磁波的干扰和辐 射。
电磁波的未来发展及研究方向
1
电磁波 ppt课件
导体中有方向、大 通过电磁波向外传播
小变化很快的电流 ppt课件
19
• 电磁波在空间是向各个方向传播的.
• 电磁波的传播速度等于光速,空气中和在真空中 近似.
• 不同频率（或不同波长）的电磁波的传播速度都 相同，所以频率较大的电磁波，波长较短.
• 声波、水波是必须要有传播介质的，电磁波的传 播却不需要别的媒介可以在真空中传播，这是电 磁波与声波重大区别之一.
c ＝λ × f 电磁波的频率f单位是：赫兹Hz，同时还有千 赫kHz和兆赫MHz
电磁波可在真空或其它一些介质中传播。
光就是一种电磁波 ！
ppt课件
22
电磁波的传播
[例题]：某调频立体声广播的频率是 97.4MHz,求它的波长是多少？
解：∵ C=λ•f
∴ λ=C/f=(3.0*108 m/s)/
(97.4=3*1.0086mHz) 答：该电磁波的波长是3.08m。
ppt课件
23
四、无线电波的划分及应用
波 段波 长
频率
主要用途
长 波 3×104～3×103m 10～102kHz
超远程通信
中 波 3×103～2×102m 中短波 2×102～50m 短 波 50～10m 微 波 10～10-3m
102～1.5×103kHz
1.5×103～6×103kHz
无线电广播 电报
ppt课件
10
隐形飞机的外形类似蝙蝠形，它通过将其雷
达“显示特征”降低到如同大鸟一样，从而
逃避常规雷达的跟踪。
ppt课件
11
ppt课件
12
电磁波与我们的生活
通信卫星
• 通信卫星已经渗透 到现代生活的各个 领域。
《电磁波》-完整版课件
议一议？
）
•打开半导体收音机，调到一个没有电 台的地方，使收音机收不到电台的广 播。然后开大音量，让收音机靠近220 伏特的交流电线，从收音机会听到 “杂音”。这是为什么？
课堂检测：
1、真空中电磁波的传播速度是_3×__1_08 m/s, 这是宇宙间物质运动的最快速度，这个速度有 一个专用符号__C__，电磁波的波长λ，频率f 和速度c之间的关系是_c=_λ__f ，从中可以看出， 电磁波的频率越高，它的波长就越__短___。
4、电磁波的传播( D ) A、只能在空气中传播 B、只能在真空中传播 C、不能在空气中传播 D、可以在真空中传播
5、下列家用电器中利用电磁波工作的是 ( B ) A．电冰箱 B．微波炉 C．电烙铁 D．洗衣机
结论：
变化的电流可以在 周围空间产生电磁波
电磁波的传播
波长：相邻两个波峰或波谷之间的距离
知识窗
•频率：在1秒内出现的波峰数（或波谷数） 叫波的频率
•波速与波长和频率的关系。 波速=波长×频率
•电磁波在真空中的传播速度与光速相同， 是3×108米/秒。 在空气中和在真空中近似。
电磁波的应用
电磁波的应用
• 1.收音机，电视是利用 电磁波来传递信息的。 • 2. 变化的电流能在周围空间产生电磁波。 • 3.在电台中，是用 振荡电流来产生电磁波的 • 4.电磁波的传播需要介质吗？ 不需要 • 5.电磁波在真空中的传播速度是 3×108 m/s 。 • 6.波长、波速、频率的关系 c=λf •
电磁波是怎样产生的?
2、北京电视台第一套节目发射电磁波的波 长范围是1.7米至1.8米，则此电磁波的频率 范围为 167兆 赫至 176兆 赫。
3、目前，中国教育电视台的两套卫星电视节目是 通过国产“东方红二号甲”通信卫星转发的，卫星转 发下行频率为3848兆赫和3928兆赫。这两个电磁波的 波长是 0.078m 和 0.076m 。
《大学物理课件-电磁波》
电磁波的性质
电磁波具有传播特点和频 率与波长的关系，广泛应 用于通信、医学和工业等 领域。
电磁波的应用
通信应用
电磁波作为信息传输的载体， 被广泛应用于无线通信、卫星 通信等领域。
医学应用
电磁波在医学成像、治疗和诊 断中发挥重要作用，如核磁共 振、X射线检查和激光手术等。
工业应用
电磁波广泛应用于工业生产中 的无损检测、加热和焊接等工 艺。
新技术对电磁波应用的影响
新兴技术的发展将进一步推动电磁波 应用的创新和进步。
电磁波的安全性
1 电磁波对人体的影响
长期接触高强度电磁辐射可能对人体健康产生一定影响，需要引起重 视。
2 电磁波的防护方法
合理使用电子设备、减少电磁辐射接触、使用屏蔽材料等措施可以有 效降低电磁波对人体的影响。
电磁波的发展前有望在能源领域、环境保护和 生物医学等领域发挥更多的作用。
大学物理课件——电磁波
欢迎来到大学物理课件《电磁波》。本课件将带领你了解电磁波的基本概念、 分类、性质、应用和安全性，以及电磁波在未来的发展前景。
常见电磁波
电磁波的定义
电磁波是由电场和磁场交 替振动而产生的一种波动 现象。
电磁波的分类
电磁波可以根据波长或频 率来进行分类，包括射线、 红外线、可见光、紫外线、 X射线和γ射线等。
大学物理-电磁波
❖穿过人体——导体+电阻
煮熟鸡蛋
香烟>
❖尽量避开波源 或 防护服
19:04
军事中的应用
❖任何技术一旦成熟最先利用到军事上
19:04
❖反射波判断目标
雷达
空警2000 ❖波长影响精度 ❖未来发展——相控雷达
19:04
导弹
❖按照接收信号寻找目标
中苏导弹轶事： 响尾蛇空空导弹事件
19:04
反导导弹
❖计算并打击高速运行物体
美 国 的 吹 牛
海 湾 战 争 期 间
19:04
❖未来的重要袭击手段 ❖地面应用 ❖太空战 ❖铭记：马祖光
19:04
激光
太空中的电磁波
❖我们对宇宙的认识依赖于电磁波
❖五光十色宇宙图片需要再加工
19 光
能 、 风 能 、 生 物
能
19:04
背景辐射
❖ 间谍的工作：一举成为著名的天文物理学家
产生
振 荡 电 路
19:04
传播
真 空 中 传 播
接收
接 收 放 大
电磁波的产生
❖振荡电路：
❖振荡频率： f
2
1 LC
❖电波发射
19:04
电磁波的传播
❖电磁波波段：
❖频率不能太小——电路吸收 E Cf 4
❖真空或者非铁磁中传播——房间信号屏蔽
19:04
电磁波的接收
天线
19:04
放大
输出
电磁波对人体的危害与防护
19:04
什么是电磁波？
❖电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量 的物体，都会释出电磁波。
❖变化的电磁场E交替H产 生 H——E电磁的变动就 如同微风轻拂S水面E产H 生sin水 波一般，因此被 称为电磁波，也常称为电波
煮熟鸡蛋
香烟>
❖尽量避开波源 或 防护服
19:04
军事中的应用
❖任何技术一旦成熟最先利用到军事上
19:04
❖反射波判断目标
雷达
空警2000 ❖波长影响精度 ❖未来发展——相控雷达
19:04
导弹
❖按照接收信号寻找目标
中苏导弹轶事： 响尾蛇空空导弹事件
19:04
反导导弹
❖计算并打击高速运行物体
美 国 的 吹 牛
海 湾 战 争 期 间
19:04
❖未来的重要袭击手段 ❖地面应用 ❖太空战 ❖铭记：马祖光
19:04
激光
太空中的电磁波
❖我们对宇宙的认识依赖于电磁波
❖五光十色宇宙图片需要再加工
19 光
能 、 风 能 、 生 物
能
19:04
背景辐射
❖ 间谍的工作：一举成为著名的天文物理学家
产生
振 荡 电 路
19:04
传播
真 空 中 传 播
接收
接 收 放 大
电磁波的产生
❖振荡电路：
❖振荡频率： f
2
1 LC
❖电波发射
19:04
电磁波的传播
❖电磁波波段：
❖频率不能太小——电路吸收 E Cf 4
❖真空或者非铁磁中传播——房间信号屏蔽
19:04
电磁波的接收
天线
19:04
放大
输出
电磁波对人体的危害与防护
19:04
什么是电磁波？
❖电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量 的物体，都会释出电磁波。
❖变化的电磁场E交替H产 生 H——E电磁的变动就 如同微风轻拂S水面E产H 生sin水 波一般，因此被 称为电磁波，也常称为电波
电磁波课件
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拉曼散射
拉曼散射是研究分子结构的重要手段，也是光谱学中 重要的分析方法之一。通过对拉曼散射光谱的分析， 可以获得分子振动和转动能级的信息，进而推断分子 的结构和化学键等信息。
当光子与分子或原子相互作用时，光子将能量传递给 分子或原子，引起分子或原子的振动或转动能级跃迁 ，同时释放出一个或多个低频光子的现象。
阐述引力波与电磁波相互作用的研究对于理解宇宙演化和物理学发展的
重要性。
超光速传
超光速传输的原理
介绍超光速传输的基本原理，包括相对论和量子力学方面的解释 。
实验进展与挑战
分析近年来在超光速传输方面的实验进展和挑战，包括技术难点、 理论争议等。
超光速传输的应用前景
探讨超光速传输在未来通信、宇宙探索等领域的应用前景。
量子通信的应用前景
介绍量子通信在军事、商业、民用等领域的应用前景。
引力波与电磁波的相互作用
01
引力波与电磁波的相互耦合
介绍引力波和电磁波的相互耦合机制，以及由此产生的物理效应。
02
引力波与电磁波的观测
介绍如何利用观测设备观测引力波与电磁波的相互作用，以及相关的实
验设计。
03
引力波与电磁波相互作用的研究价值
无线电通信
无线电广播
利用长波、中波、短波等 无线电波传送声音、文字 、图片等信息。
无线电导航
利用无线电波测定船只、 飞机等的位置和航向。
卫星通信
借助卫星转发无线电波实 现全球通信。
雷达测距
雷达测距原理
利用电磁波的反射特性，测量发 射电磁波与接收反射波的时间差 ，从而计算目标距离。
雷达应用
交通管制、气象观测、军事侦察 等。
大学物理讲义电磁场与电磁波PPT课件
S
(
j0
D) t
d
S
(11.12)
12 首 页 上 页 下 页退 出
在一般情况下，电介质中的电流主要是位移电流， 传导电流可忽略不计；而在导体中主要是传导电流， 位移电流可忽略不计. 在超高频电流情况下，导体内的传导电流和位移电 流均起作用，不可忽略.
因为在电介质中D＝ε0E＋P，所以位移电流密度jD
s D d S q0
l E dl 0
(11.1)
(11.2)
3 首 页 上 页 下 页退 出
对于稳恒磁场，由毕奥—萨伐尔定律和场强叠加原 理，可以导出描述稳恒磁场性质的“高斯定理”和 安培环路定理
s BdS 0
l H dl I0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(11.3)
(11.4)
s BdS 0
4.磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过以 该曲线为边界的曲面的全电流。
l H dl
I0
s
D t
d
S
19 首 页 上 页 下 页退 出
归纳起来，麦克斯韦方程组的积分形式为
s D d S q0
B
l E dl S t d S
t
具有电流密度的性质，麦克斯韦把它称做位移电流
密度jD
11 首 页 上 页 下 页退 出
即
dD j D dt
(11.10)
而把
dD dt
称为位移电流ID
ID
dD dt
d dt
DdS
S
D dS S t
S jD dS
大学物理课件2电磁波
3.2 1013W m2
(3)
S c
3.21013W m2 3108 m s1
1.1105 J
m3
(4)I S c 3.21013W m2
(5)E0
B0
2 0 E0 c
2c0 S 1.6108V 3108 m
I 平 面
1 T
T 0
E0H0 cos2(t
kz)dt
1 2
E0 H 0
12.2 电磁振荡与辐射的传播
一、振荡电偶极子的辐射
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
p ql p0 cost
振荡电偶极子视为波源，发射电磁波。
在 r 区域里，辐射场为
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
解:
(1)
c
3108 m s1 31013 Hz
105 m
W
100J
(2) S r 2 3.14 1102 2 10109 m2 s
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
不同开放程度的LC振荡电路示意图
（2）必有足够大的频率
P
Sr 2
sinqdqd
4 p02 6 u3
cos2
(t
r) u
振荡电偶极子的频率越高越能有效地把能
电磁波PPT课件
回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。 从能量看：电场能在向磁场能转化。
归纳：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器
极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷
相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫 电磁振荡。
电磁振荡的图像：
2、电磁振荡的变化规律：
(1)总能量守恒:电场能＋磁场能＝恒量
(2)电场能与磁场能交替转化
放电
电场能
同
充电
步 变
电容器电压ｕ
化 电容器带电量ｑ
磁场能 同 步 变
电路中电流ｉ 化
步调相反
1、在LC的回路中，电流i——t的关系如图所 示，①若规定逆时针方向为电流的正方向，说 明t0时刻电路中能量变化情况，及电场能、磁
场能、充放电等情况。 ②下列分析情况正确的是：（D ） A、t1时刻电路的磁场能正在减小。 B、t1→t2时间电路中的电量正在不断减少。 C、t2→t3时间电容器正在充电。 D、t4时刻电容中的电场能最大。
②v=λ/T=λf也适用电磁波
例 2 [2010·天津卷] 下列关于电磁波的说法正确的是( ) A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播速度相同 C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
例 2 A [解析] 本题考查对电磁波的理解．由麦克斯 韦关于电磁场的理论，变化的磁场能够产生电场，C 错，A 对．电磁波在不同的介质中传播速度不一样，B 错．电磁 波在同种均匀的介质中沿直线传播，D 错．
能量传播
电磁能
机械能
[2010·启东中学] 关于电磁场和电磁波，下列说法中正 确的是( )
A.恒定的电场能够产生电磁波 B.电磁波既有纵波，又有横波 C.电磁波从空气进入水中时，其波长变长了 D.雷达用的是微波，是由于微波传播的直线性好，有利于测定 物体的位置
归纳：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器
极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷
相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫 电磁振荡。
电磁振荡的图像：
2、电磁振荡的变化规律：
(1)总能量守恒:电场能＋磁场能＝恒量
(2)电场能与磁场能交替转化
放电
电场能
同
充电
步 变
电容器电压ｕ
化 电容器带电量ｑ
磁场能 同 步 变
电路中电流ｉ 化
步调相反
1、在LC的回路中，电流i——t的关系如图所 示，①若规定逆时针方向为电流的正方向，说 明t0时刻电路中能量变化情况，及电场能、磁
场能、充放电等情况。 ②下列分析情况正确的是：（D ） A、t1时刻电路的磁场能正在减小。 B、t1→t2时间电路中的电量正在不断减少。 C、t2→t3时间电容器正在充电。 D、t4时刻电容中的电场能最大。
②v=λ/T=λf也适用电磁波
例 2 [2010·天津卷] 下列关于电磁波的说法正确的是( ) A.均匀变化的磁场能够在空间产生电场 B.电磁波在真空和介质中传播速度相同 C.只要有电场和磁场，就能产生电磁波 D.电磁波在同种介质中只能沿直线传播
例 2 A [解析] 本题考查对电磁波的理解．由麦克斯 韦关于电磁场的理论，变化的磁场能够产生电场，C 错，A 对．电磁波在不同的介质中传播速度不一样，B 错．电磁 波在同种均匀的介质中沿直线传播，D 错．
能量传播
电磁能
机械能
[2010·启东中学] 关于电磁场和电磁波，下列说法中正 确的是( )
A.恒定的电场能够产生电磁波 B.电磁波既有纵波，又有横波 C.电磁波从空气进入水中时，其波长变长了 D.雷达用的是微波，是由于微波传播的直线性好，有利于测定 物体的位置
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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
k 2 u
于是有
E xE 0cots(k)z平面简谐电磁波
特点： 波面是平面 x
E
振幅不变
利用电磁理论，与电场 y H
z
Ex对应的磁场是
Hy
Ex
H0cost(k)z
上述表达式(Ex，Hy)代表沿 z 轴传播、
称为振荡电偶极子, 即
pq l p0cots
振荡电偶极子视为波源，发射电磁波。
在 r区域里，辐射场为 E4 2p0u s2rincos(tu r) H24 p0u sirncos(tu r)
Z ES
H
Pq
O
辐射能流密度S 为
S 14p60 22su3 ir2n 2 co2s(tu r)
面半径为 r 1cm
求:(1)激光波长; (2)平源自能流密度; (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
解: (1)c33 1180m 103 H s1z1 0 5m
W
1J 00
(2 )Sr2 3 .1 4 1 1 2 0 2 1 1 0 9 0 m 2s
1.辐射能
电磁波具有的电磁能量称为
表示：引人能量密度
ww ew m1E21H 2
22 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
Swu1u(E2H2)
2
利用 u1/ E H
S21 EH HE EH
3.2110 W 3m 2
(3 ) S c3 .2 3 1 11 8m W 0 0 3 sm 1 2 1 .1 15J 0 m 3
波动方程
类比：沿z方向传播的机械波的波动方程
2 y z2
1 u2
2 y t 2
证明电磁场以波动形式传播，其中
波速为u2 1
真空中: uc 1 2.991880ms1
00
预言光波
三、平面简諧电磁波
是电磁波
在均匀无限大、各向同性介
质中，波动方程的一种解是：
E xE 0co k(z su)t
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。
LNo
Image
i
No Image
C 电源
任一时刻自感电
KNo
Image
动势与 C 的两板间电
势差相等 。L di q dt C
利用 i dq 得出
q2 2C
1 2
Li2
Q02 2C
1 2
LI02
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
不同开放程度的LC振荡电路示意图
（P 2） 必S 有2 足s r 够i 大d n 的d 频 率6 4p u 0 2 3 c2 o (ts u r)
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 f0 1/2 LC 要加大ω0 必减小电路中的L和C值。
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。
1 有一频率为 31013Hz的脉冲强激 光束,它携带总能量 W10J0持续
时间是 10n,s激光束的圆形截
Z ES
H
Pq
O
辐射功率P是整个球面的能流
P S2srid n d 6 4p u 0 2 3 c2 o (tsu r)
在一个周期内的平均功率为：
P
4 p02 12u3
振荡电偶极子的辐射功率P 或 P 与其
振荡频率的4次方成正比。
在远离波源小区域内电磁波，r 、θ 在考
某区此场间区下域以传域去就由有会,麦变有播这变有克化化被斯限的种的电激韦电的过变场发电场起,磁和则速程化变场磁在化理-度的场它的论-相的在-电磁:互邻在-场激近空空磁-,发的如间, 由电近磁及远波地传。播出去。
12.1 电磁波的波动方程
一、电磁波（electromagnetic wave) 麦克斯韦的电磁场理论表明:
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
No Image
E
1.电磁波是横波
E、H 与传播
No
Image
方向 k 垂直。No
z
Image
H
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： 0E 0H 0E0 0H0
五、电磁波的强度与压强
dt
d2q dt2
1q LC
0
是简谐振动方程，其解是：
qQ 0cots()
式中 2 1
LC
，Q0是极板上电量幅值。
回路中电流是：
id dq t I0cQ o0c st(ost (2))
I0＝Q0是极板上电量幅值。
LC电路的能量是：
WWe Wm
察范围内变化很小,可视为恒量
EE0c
os(t
r) u
视为平面波
HH0c os(tu r)
其中
E0
2p0 si n 4 ru2
H0
2
p0
si
n
4ru
SE0H0co2 s(tu r)
S T 10 T S d T 10 T tE 0 H 0 c2 o(ts u r)d t 1 2 E 0 H 0
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。
电场
电场
电场
电场
磁场
磁场
磁场
磁场
磁场
波源
二、电磁波波动方程(wave function)
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：
2Ex z2
2tE2x
写成矢量式 SE H S称为坡印廷矢量
如将S 对时间取平均值，且以I 表示
ISEH E2
I 为电磁波的强度 对平面电磁波:
I平 面 T 10TE0H 0co2( stk)d z t
1 2
E0
H
0
12.2 电磁振荡与辐射的传播
一、振荡电偶极子的辐射
电矩 p 随时间按简諧变化的电偶极子
k 2 u
于是有
E xE 0cots(k)z平面简谐电磁波
特点： 波面是平面 x
E
振幅不变
利用电磁理论，与电场 y H
z
Ex对应的磁场是
Hy
Ex
H0cost(k)z
上述表达式(Ex，Hy)代表沿 z 轴传播、
称为振荡电偶极子, 即
pq l p0cots
振荡电偶极子视为波源，发射电磁波。
在 r区域里，辐射场为 E4 2p0u s2rincos(tu r) H24 p0u sirncos(tu r)
Z ES
H
Pq
O
辐射能流密度S 为
S 14p60 22su3 ir2n 2 co2s(tu r)
面半径为 r 1cm
求:(1)激光波长; (2)平源自能流密度; (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
解: (1)c33 1180m 103 H s1z1 0 5m
W
1J 00
(2 )Sr2 3 .1 4 1 1 2 0 2 1 1 0 9 0 m 2s
1.辐射能
电磁波具有的电磁能量称为
表示：引人能量密度
ww ew m1E21H 2
22 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
Swu1u(E2H2)
2
利用 u1/ E H
S21 EH HE EH
3.2110 W 3m 2
(3 ) S c3 .2 3 1 11 8m W 0 0 3 sm 1 2 1 .1 15J 0 m 3
波动方程
类比：沿z方向传播的机械波的波动方程
2 y z2
1 u2
2 y t 2
证明电磁场以波动形式传播，其中
波速为u2 1
真空中: uc 1 2.991880ms1
00
预言光波
三、平面简諧电磁波
是电磁波
在均匀无限大、各向同性介
质中，波动方程的一种解是：
E xE 0co k(z su)t
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。
LNo
Image
i
No Image
C 电源
任一时刻自感电
KNo
Image
动势与 C 的两板间电
势差相等 。L di q dt C
利用 i dq 得出
q2 2C
1 2
Li2
Q02 2C
1 2
LI02
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
不同开放程度的LC振荡电路示意图
（P 2） 必S 有2 足s r 够i 大d n 的d 频 率6 4p u 0 2 3 c2 o (ts u r)
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 f0 1/2 LC 要加大ω0 必减小电路中的L和C值。
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。
1 有一频率为 31013Hz的脉冲强激 光束,它携带总能量 W10J0持续
时间是 10n,s激光束的圆形截
Z ES
H
Pq
O
辐射功率P是整个球面的能流
P S2srid n d 6 4p u 0 2 3 c2 o (tsu r)
在一个周期内的平均功率为：
P
4 p02 12u3
振荡电偶极子的辐射功率P 或 P 与其
振荡频率的4次方成正比。
在远离波源小区域内电磁波，r 、θ 在考
某区此场间区下域以传域去就由有会,麦变有播这变有克化化被斯限的种的电激韦电的过变场发电场起,磁和则速程化变场磁在化理-度的场它的论-相的在-电磁:互邻在-场激近空空磁-,发的如间, 由电近磁及远波地传。播出去。
12.1 电磁波的波动方程
一、电磁波（electromagnetic wave) 麦克斯韦的电磁场理论表明:
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
No Image
E
1.电磁波是横波
E、H 与传播
No
Image
方向 k 垂直。No
z
Image
H
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： 0E 0H 0E0 0H0
五、电磁波的强度与压强
dt
d2q dt2
1q LC
0
是简谐振动方程，其解是：
qQ 0cots()
式中 2 1
LC
，Q0是极板上电量幅值。
回路中电流是：
id dq t I0cQ o0c st(ost (2))
I0＝Q0是极板上电量幅值。
LC电路的能量是：
WWe Wm
察范围内变化很小,可视为恒量
EE0c
os(t
r) u
视为平面波
HH0c os(tu r)
其中
E0
2p0 si n 4 ru2
H0
2
p0
si
n
4ru
SE0H0co2 s(tu r)
S T 10 T S d T 10 T tE 0 H 0 c2 o(ts u r)d t 1 2 E 0 H 0
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。
电场
电场
电场
电场
磁场
磁场
磁场
磁场
磁场
波源
二、电磁波波动方程(wave function)
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：
2Ex z2
2tE2x
写成矢量式 SE H S称为坡印廷矢量
如将S 对时间取平均值，且以I 表示
ISEH E2
I 为电磁波的强度 对平面电磁波:
I平 面 T 10TE0H 0co2( stk)d z t
1 2
E0
H
0
12.2 电磁振荡与辐射的传播
一、振荡电偶极子的辐射
电矩 p 随时间按简諧变化的电偶极子