第一章：电磁波和光速
电磁波的传播与速度
电磁波的传播与速度电磁波是一种在真空或介质中传播的电磁辐射，它是由电场和磁场交替产生并相互垂直、相互作用形成的波动现象。
它在许多领域中都有广泛应用，例如通信、雷达、微波炉等。
电磁波的传播与速度是研究电磁波性质的重要内容。
一、电磁波的传播方式电磁波的传播方式一般分为两种：辐射传播和导引传播。
1. 辐射传播辐射传播是指电磁波在自由空间或真空中传播的方式。
在辐射传播过程中，电磁波不受任何物质的影响，以直线传播的形式向外扩散。
由于辐射传播不受介质性质的限制，所以速度较快，接近真空中电磁波的传播速度。
2. 导引传播导引传播是指电磁波在物质或介质中传播的方式。
在导引传播过程中，电磁波与物质相互作用，通过物质的导电特性而传播。
导引传播的速度一般会受到物质性质的影响，比如电磁波在不同介质中的传播速度会有所差异。
二、电磁波的速度电磁波的传播速度对于我们理解电磁波的本质和特性非常重要。
根据麦克斯韦方程组的推导，可以得到电磁波的传播速度等于真空中光速，即3.0×10^8米/秒，约等于30万公里/秒。
光速作为电磁波的传播速度，是一个宇宙物理学和光学研究中的基本物理常数。
由于光速的快速传播特性，使得电磁波成为一种理想的信息传输媒介。
三、电磁波速度与介质的关系在真空中，电磁波的传播速度是恒定的，即光速。
然而，在物质或介质中，电磁波的速度会受到影响。
根据麦克斯韦方程组的分析，电磁波在介质中的传播速度会相对真空中的光速较慢。
这是因为介质中存在大量的原子、分子以及电荷载体，它们会与电磁波发生相互作用，使得电磁波在介质中的传播速度变慢。
另外，不同介质对电磁波的吸收特性也会导致其传播速度的差异。
总的来说，电磁波的传播速度是由介质的性质决定的。
在不同介质中，电磁波的传播速度会有所差异，而在真空中，电磁波的传播速度是最快的。
结语电磁波的传播与速度是电磁学领域的重要内容。
电磁波既可以通过辐射传播的方式在自由空间或真空中传播，也可以通过导引传播的方式在物质或介质中进行传播。
谢处方版《电磁场与电磁波》第1章
谢处方等编著
高教出版社
引言 电磁模型 一、基础知识 电磁学是研究静止或运动电荷作用效应的。
电荷有正、负电荷。电场是由正或负电荷产生的。 而运动电荷形成电流，它产生磁场。 建立在理想模型上的理论需要三个基本步骤：
第一，与研究项目有关的一些基本量的定义；第二， 规定这些基本量的运算规则；第三，一些基本关系 的假定。
向 、 和z增加的方向，且满足右旋关系
a a az a az a a z a a 8
矢量A和B的圆柱坐标分量及其代数运算
A a A a A a z Az a B a B a B a z Bz b A B a ( A B ) a ( A B ) a z ( Az Bz 20 A B a A a A a z Az a B a B a z Bz A B A B Az Bz 21 A B a A a A a z Az a B a B a z Bz a ( A Bz Az B ) a ( Az B A Bz ) a z ( A B A B a a a z A A Az B B Bz 22
图1.2 矢量加法
矢量加法服从交换律和结合律 A B = B A
(1.2) (1.3 )
( A B) + C = A ( B C )
图1.3表示借助于矢量加法可以实现矢量减法
A ( B) = A B
(1.4)
图1.3 矢量减法
2．矢量乘法 图1.4表示矢量A和B的点积（或标积）为两个矢量相互 投影之值
2、电荷守恒定律： 电荷体密度
【大学物理】第一、二讲 光波的基本性质及其描述
sin i1 1 r2r2 n2
sin i2 2
r1 r1 n1
当光波由真空入射到折射率为n介质时，
n c
c r r
n rr
把光学和电磁学这两个不同领域中的物理量联系起来了。
三 、定态波场和光波的描述
具有如下性质的波场叫定态波场：
1、空间各点的振动是同频率的简谐振动（频率与 波源频率相同）；
发光形成一个短短的波列, 各原子各次发光相互独 立，各波列互不相干。
· 独立 （不同原子同一时刻发的光）
·
独立（同一原子不同时刻发的光）
激光光源：受激辐射
E2
= (E2-E1)/h
激光的特性：
E1
完全一样(频率、位相、 振动方向,传播方向)
高定向、高亮度、高单色性和高相干性
工业上，非接触加工（打孔、焊 接、切割）
谱 线2及其 宽 度2 波长
复色光
三、相干光
由频率相同、振动方向相同、相位差保持恒 定的光源发出的光称为相干光 。
在相干波相遇的区域内，有些点的振动始终加 强，有些点的振动始终减弱或完全抵消，即产生 干涉现象。
满足相干条件的光是相干光，相应的光源是 相干光源。
相干光的获得
波阵面分割法
s1
光源 *
s2
振幅分割法
对于电磁波，平均I S 能 12 流 E02密 2n度c E02 正比于电场强度振 幅的平方 。
S
E02 或 S
H
2 0
§1.2 光源 单色光 相干光
一、普通光源
发射光波的物体称为光源。
热光源 利用热能激发
按光的激发方式
如：白炽灯，弧光灯等
冷光源 利用化学能、电能或 光能激发
物理光学1章 光的电磁理论及课后习题答案
时间无限延续，空间无限延伸的波动
平面电磁波的时间周期性和空间周期性 v T
参量 周期 频率 角频率
时间 T
1
T
2
空间
1
k 2
平面波传播速度随介质而异；时间频率与介质无关； 而空间频率波长随介质而异
平面简谐波 = 单色波
最显著的特点是：时间周期性和空间周期性： 1、单色光波是一种时间无限延续、空间无限延伸 的波动。 2、从光与物质的作用来看，磁场远比电场为弱。 所以通常把电矢量E称为光矢量，把E的振动称为 光振动。
x0 x y0 y z0 z
散度：矢量函数
F
(M)在坐标轴上的投影为P、Q、R，它的
散度是一个标量函数，定义为微分算符与矢量F的数量
积, 记作：
F (x0 x y0 y z0 z ) (Px0 Qy0 Rz0 )
(P Q R ) x y z
E~2*
Aeik r
波函数互为共轭复数
六、平面电磁波的性质
❖ 1、电磁波是横波
k • E 0 k •B 0
❖ 2、E、H 相互垂直
B k0 E
❖ 3、E、B 同相
E
1
v
B
1.3 球面波和柱面波
一、球面波 1、波函数：
1 2E 1 2E 0
r r 2 2 t 2
点光源，发出以0点为中心的球面，即波阵面是球面，这种
五、平面简谐波的复振幅
E Aexp(ik r ) exp(it)
~
波函数 =
空间位相
时间位相
复振幅：E Aexp(ik r ) 场振动的振幅和位相随空
间的变化。
时间位相：场振幅随时间变化。由于在空间各处随时
电磁波的传播和速度
电磁波的传播和速度电磁波是一种具有电场和磁场变化的波动形式，是以光速传播的无形能量。
电磁波的传播和速度是物理学中的重要研究领域，对于我们理解电磁现象的本质和应用具有重要意义。
1. 电磁波的传播电磁波通过空气、水和真空等介质进行传播。
在空气中，电磁波以不同的频率和波长传播，其中包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
这些不同频率的电磁波在传播中会有不同的特性和应用。
从发射器到接收器，电磁波以直线传播的方式进行传输。
当电磁波遇到障碍物时，会发生折射、反射和散射等现象，使得电磁波在空间中传播方向发生改变。
这些现象是电磁波在日常生活中的实际应用基础，比如无线电信号在建筑物中的传输、雷达的工作原理等。
2. 电磁波的速度电磁波的传播速度是光速，即299,792,458米/秒（约300,000公里/秒）。
这个速度在真空中是恒定的，不受电磁波的频率和波长的影响。
根据经典电磁理论，电磁波的速度可以通过下面的公式计算：速度 = 频率 ×波长这意味着当电磁波的频率增加时，波长会减小，但速度保持不变。
因此，不同频率的电磁波可以具有不同的波长，但它们在真空中都以光速传播。
在介质中，电磁波的传播速度会略有变化。
当电磁波从真空进入介质时，会因为介质中原子或分子的相互作用而产生相对较慢的传播速度。
这是因为电磁波在介质中的传播会受到原子或分子的相互碰撞和重新辐射的影响。
3. 电磁波的应用电磁波的传播和速度对现代科技和通信领域具有重要影响。
无线电、电视、手机和卫星通信等技术都是基于电磁波的传输和接收。
通过调整电磁波的频率和波长，我们可以实现不同种类的信息传输和通信。
此外，电磁波的应用还包括医学成像、雷达系统、红外线热成像、X射线检查和伽马射线治疗等。
这些应用利用了电磁波在不同介质中的传播和相互作用特性。
总结起来，电磁波的传播和速度是一个复杂而又有趣的研究领域。
它们的研究不仅有助于我们更好地理解电磁现象的本质，也为现代科技和通信技术的发展提供了理论基础。
电磁波的速度
电磁波的速度电磁波是由变化的电场和磁场相互耦合而产生的一种物理现象。
电磁波在真空中的传播速度被普遍认为是光速，即3×10^8米/秒。
然而，电磁波的速度实际上是取决于介质的性质的。
光速作为一种测量物理量，是一个非常重要的参考点。
在物理学中，光速是一个极其重要的基准，它被用作计算其他物质粒子的速度和能量。
此外，相对论理论中的狭义相对论也以光速为基准，提出了相应的相对论效应。
诸如偏振、频率、波长和速度等特性对电磁波的传播和行为产生了重要影响。
电磁波可以从无线电波到微波、红外线、可见光、紫外线、X射线以及γ射线等频段。
根据麦克斯韦方程组，电场和磁场彼此耦合，形成电磁波。
这些方程表明，电磁波的传播速度与电介质的物理性质有关。
电介质是一种电荷无穷小的物质，例如空气、水、玻璃等。
可以通过介质的折射率来计算电场和磁场的传播速度。
在真空中，电磁波的传播速度为光速，即3×10^8米/秒。
当电磁波通过介质如空气、水或玻璃时，电磁波的传播速度会减慢。
这是因为介质中的原子或分子与电磁波的交互作用会引起电磁波的散射和吸收。
根据光速在不同介质中的传播速度的变化，我们可以得到折射率的概念。
折射率是介质中光的传播速度与真空中光速的比值。
折射率通常大于1，因此，电磁波在介质中的传播速度通常小于光速。
除了介质的物理性质，电磁波的传播速度还受到频率和波长的影响。
对于不同频率的电磁波，其传播速度可能会有微小变化。
这在广播和通信系统中是非常重要的，因为不同频率的电磁波需要不同的传播速度才能确保信息的准确传输。
需要注意的是，电磁波速度的测量是一项极其困难的任务。
它需要使用精密的测量设备和精确的实验方法来确定电磁波的传播速度。
许多科学家和工程师致力于研究电磁波的传播和速度特性，以提高通信和雷达系统的性能。
总之，电磁波的速度取决于介质的物理性质。
在真空中，电磁波的传播速度为光速，是其他物质运动的参考点。
在介质中，电磁波的速度通常小于光速，并受到介质的折射率、频率和波长的影响。
电磁波的性质与应用知识点总结
电磁波的性质与应用知识点总结电磁波，这个看似神秘却又无处不在的“家伙”，其实与我们的生活息息相关。
从手机通信到微波炉加热食物，从广播电视到卫星导航，电磁波在各个领域都发挥着重要的作用。
接下来，让我们深入了解一下电磁波的性质与应用。
一、电磁波的性质1、电磁波是一种横波电磁波的电场强度和磁场强度都与波的传播方向垂直，这是电磁波作为横波的重要特征。
想象一下，就像绳子上的波，振动方向与传播方向垂直。
这种横波的性质使得电磁波能够在空间中传播并携带能量和信息。
2、电磁波在真空中以光速传播光其实就是一种电磁波，真空中的光速约为 3×10^8 米每秒。
无论电磁波的频率如何变化，在真空中它都以这个恒定的速度传播。
这一特性是相对论的重要基础，也为我们理解宇宙中的各种现象提供了关键。
3、电磁波的频率和波长频率和波长是描述电磁波的两个重要参数。
频率指的是电磁波在单位时间内振动的次数，单位是赫兹（Hz）。
波长则是电磁波在一个周期内传播的距离。
它们之间的关系可以用公式：光速＝频率×波长来表示。
频率越高，波长越短；频率越低，波长越长。
4、电磁波的能量电磁波具有能量，其能量大小与频率成正比。
高频率的电磁波，如紫外线、X 射线等，具有较高的能量，可能对生物体造成损伤；而低频率的电磁波，如无线电波，能量相对较低。
5、电磁波的干涉和衍射就像水波一样，电磁波也会发生干涉和衍射现象。
当两列或多列电磁波相遇时，会出现叠加和相互影响的情况，这就是干涉。
而当电磁波遇到障碍物或小孔时，会绕过它们继续传播，这就是衍射。
二、电磁波的应用1、通信领域（1）无线电广播和电视通过发射不同频率的电磁波，将声音和图像信息加载到电磁波上，然后在接收端进行解调，还原出原始的声音和图像。
我们日常收听的广播、观看的电视节目，都是通过这种方式传输的。
（2）移动通信手机是现代社会中最常见的通信工具。
手机通过与基站之间的电磁波通信，实现语音通话、短信发送、数据传输等功能。
电磁波的传播速度电磁波在真空和介质中的速度
电磁波的传播速度电磁波在真空和介质中的速度电磁波的传播速度——电磁波在真空和介质中的速度电磁波是一种由电场和磁场相互耦合而形成的波动现象，它能够在各种介质中传播，也可以在真空中传播。
电磁波的传播速度取决于所处的介质类型，下面将对电磁波在真空和介质中的速度进行探究。
一、电磁波在真空中的速度在真空中，电磁波的传播速度是一个常数，也就是光速，通常用字母"c"表示，它的数值约为299,792,458米每秒（约等于3.00×10^8m/s）。
这一常数是物理学中的重要基础常数之一，具有极高的精确度。
根据麦克斯韦方程组的推导，我们可以得到电磁波在真空中的传播速度与真空中的电磁性质有关。
在真空中，电磁波的电场和磁场相互垂直且相互垂直于传播方向，形成了垂直于传播方向的电磁场振荡。
电磁波在真空中的速度是由电磁场的相互作用决定的，具体表现为电场和磁场的相互耦合产生的电磁感应。
这种感应使得电磁波在真空中的传播速度恒定不变。
二、电磁波在介质中的速度当电磁波传播到介质中时，由于介质的特性不同于真空，电磁波的传播速度也会发生变化。
在介质中，电磁波的传播速度通常比在真空中要小。
介质中电磁波的速度受到介质的电磁性质以及外界条件的影响，主要包括电场的极化、磁场的磁化以及介质的折射率等因素。
这些因素将会影响到电磁波的传播速度。
根据电场的极化情况，介质可以分为电介质和导体两类。
电介质中的电磁波传播速度受到电介质的极化程度的影响，不同电介质极化程度不同，传播速度也会不同。
而在导体中，电磁波的传播速度会比在真空中小得多，这是由于导体对电磁波的吸收和散射作用较强引起的。
除了介质类型的不同外，电磁波在介质中的传播速度还受到频率的影响。
一般来说，介质对不同频率的电磁波的响应是不同的，因此介质中传播速度会随着频率的变化而变化。
总之，电磁波的传播速度在真空中是不变的，即光速恒定不变。
而在介质中，电磁波的传播速度会受到介质类型、频率等因素的影响。
[最新]电磁波中的相速、群速、波速、光速
![[最新]电磁波中的相速、群速、波速、光速](https://img.taocdn.com/s3/m/76a8ffe5bb4cf7ec4afed0b8.png)
电磁波中的相速、群速、波速、光速电磁波中的相速、群速、波速、光速波速，指的是波在空间中传递的速度，依照波不同特征所定义而有不同的意涵:相速度、群速度、波前速度、讯号速度。
一般不特别指定时，所提的波速是指相速度。
波的相速度或相位速度，或简称相速，是指波的相位在空间中传递的速度，换句话说，波的任一频率成分所具有的相位即以此速度传递。
可以挑选波的任一特定相位来观察(例如波峰)，则此处会以相速度前行。
相速度可借由波的频率f与波长λ，或者是角频率ω与波数k的关系式表示:注意到波的相速度不必然与波的群速度相同;群速度代表的是"振幅变化"(或说波包)的传递速度。
电磁辐射的相速度可能在一些特定情况下(例如:出现异常色散的情形)超过真空中光速，但这不表示任何超光速的信息或者是能量移转。
物理学家阿诺索末菲与里昂布里于因(Léon Brillouin)对此皆有理论性描述。
波的群速度，或简称群速，是指波幅度外形上的变化(称为波的"调制"或"波包")，其在空间中所传递的速度。
想象一下我们将一块石头投入一个平静的池塘中激起一个波浪，随即变成一个中心平静呈环形扩展的波环。
这个正在扩展的波环为一组由不同传播速度的独立子波组成。
波长较长的子波传播速度较快并消失在整组波的前缘。
波长较短传播较慢的波随着整组波内缘的推进而消失。
群速度常被认为是能量或信息顺着波动传播的速度。
多数情况下这是正确的，也因此群速度可被视为波形所带有的信号速度。
然而，如果波行经过吸收性介质(absorptivemedium)，这种情况就不一定成立。
举例而言，可以设计实验将雷射光脉冲送过特殊准备的物质，使得其群速度大大地超过真空中光速。
然而信号速度总是低于或等于光速，因此超光速通信是不可能。
此外也可以将群速度减少到零，将脉冲停住，或者是得到负值的群速度，因为脉冲是以相反方向行进。
群速和相速的物理意义及其应用相速度是光的等相位面传播的速度，也就是相同震动形式的传播速度。
电磁波的传播与电磁波的特性
电磁波的传播与电磁波的特性电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的能量传播现象。
它在自然界和人类科技领域中具有广泛的应用。
本文将讨论电磁波的传播方式以及它的一些重要特性。
一、电磁波的传播方式1. 自由空间传播：电磁波在真空中以光速传播，光速在真空中的值约为3.00×10^8米/秒。
在自由空间传播中，电磁波的传播路径通常呈直线。
2. 介质传播：当电磁波遇到介质时，会发生折射和反射的现象。
折射是指电磁波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向的改变。
反射是指电磁波遇到介质界面时，在界面上发生反弹的现象。
3. 散射传播：散射是指电磁波遇到介质中的微小颗粒或不规则形状物体时，沿各个方向发生非规则反射或折射的现象。
散射使电磁波在介质中传播时出现了不规则的传播路径。
4. 吸收传播：当电磁波遇到物质时，会被物质吸收部分或全部能量。
吸收会导致电磁波传播距离减小或能量损失。
二、电磁波的特性1. 频率：电磁波的频率是指波动中单位时间内波峰或波谷通过某一固定点的次数。
频率通常用赫兹（Hz）作为单位，1赫兹等于1秒内的一个周期。
电磁波的频率范围非常广泛，从无线电波的赫兹量级到γ射线的赫兹量级。
2. 波长：电磁波的波长是指波动中一个完整波周期的长度。
波长和频率之间存在反比关系，即频率越高，波长越短。
波长通常用米（m）作为单位。
3. 能量：电磁波携带着能量，其能量与频率成正比。
高频率的电磁波具有更高的能量，如γ射线、X射线等；低频率的电磁波具有较低的能量，如无线电波。
4. 极化：电磁波具有极化特性，即其振动方向在传播过程中会发生改变。
根据电磁波振动的方向，可以将其分为水平极化、垂直极化和斜极化等。
5. 速度：电磁波在真空中的传播速度为光速，约为3.00×10^8米/秒。
在介质中，电磁波的传播速度会减慢，其减速率受介质的光学性质影响。
总结：电磁波在自由空间中以光速传播，遇到介质时会发生折射、反射、散射和吸收等现象。
遥感教案 1第一章 电磁波及遥感物理基础
遥感概念的理解
遥感:遥远的感知,是在不直接接触的情况下,对 目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术. 一般指的是电磁波遥感.
全球昼夜温差
98年长江洪水的遥感监测 （雷达与TM影象的复合）
北京地区4米遥感影图 （美国SPACE IMAGE 公司的IKONOS卫星）
北京地区1米遥感影象图 （同时也发布了北朝鲜导弹基地的 1米影象图）
.平流层(stratosphere) 厚度 从对流层顶向上，一直到55km左右为平 流层。这一层集中了大气中的大部分臭氧， 空气密度很小。 气温随高度而升高；平流层顶气温可达3 —-17℃ 空气以水平运动为主，气流运行平稳，没 有强烈的对流 水汽和尘埃很少，很少有云，透明度好
4.热层(thermosphere) 从中 间层顶向上，到大约800km左右为热层 （又称热成层、暖层）。其主要特点有： 气温随高度而升高；300km处气温可达 1000℃，顶部可高达2000℃ 空气在强烈的太阳紫外线与宇宙射线作用 下处于高度电离状态，故又称为电离层 （ionosphere）
M B (T) = 0 M Bl (T) dl
由实验及理论都可以得到斯忒藩—玻尔兹曼定律
M B (T ) = s T
s=
8
4
2 4
5.67 10 w.m .K
推导2 维恩（Wien)位移定律
M B（T） 最大值所对应的波长为 λ λ
维恩位移定律:
M Bλ（T）
m
Tλ
m
=
b
-3
b = 2.897 10 m . K
C 同类地物的反射光谱具有相似性，但也 有差异性。（不同植物）并且地物的光 谱特性具有时间特性和空间特性。
电磁波的光谱和电磁波的特性
电磁波的光谱和电磁波的特性电磁波是由电场和磁场交替变化而形成的一种波动现象。
它在日常生活中无处不在，包括光线、无线电、微波、雷达和X射线等。
本文将介绍电磁波的光谱和其特性。
一、电磁波的光谱电磁波的光谱指的是将不同波长或频率的电磁波按照一定的顺序排列。
根据波长的不同，电磁波可以分为以下几类：1. 射线波谱：射线波谱由较短波长的X射线和伽玛射线组成。
X射线在医学领域被广泛应用于诊断和治疗，而伽玛射线则主要用于肿瘤治疗和放射性同位素的研究。
2. 紫外线波谱：紫外线波谱包括UVA、UVB和UVC三个区域。
UVA波长较长，对皮肤有较强的穿透力，常用于日光浴室和黑皮肤美容。
UVB的波长较短，主要引起皮肤晒伤和皮肤癌。
UVC的波长最短，通常被大气层吸收，不会直接对地球上的生物产生影响。
3. 可见光波谱：可见光波谱包括红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。
每种颜色的波长不同，红光波长最长，紫光波长最短。
由于不同波长的光在空气中传播时表现出不同的折射和散射特性，导致了彩虹的产生。
4. 红外线波谱：红外线波谱包括近红外、中红外和远红外三个区域。
红外线具有较高的热量，广泛应用于红外线夜视仪、红外线热成像和红外线传感器等领域。
5. 微波波谱：微波波谱包括S波段、C波段、X波段和K波段等。
微波具有较高的穿透力和较低的能量，被广泛应用于通信、雷达和微波炉等领域。
6. 无线电波谱：无线电波谱包括电波、中波、短波和超短波等不同频段。
无线电波的传播距离较远，主要用于广播、通信和导航等方面。
二、电磁波的特性除了光谱的区分，电磁波还具有以下几个共同的特性：1. 传播速度：电磁波在真空中的传播速度为光速，约为每秒30万千米。
在其他介质中传播时，速度会略有降低。
2. 波长和频率：电磁波的波长和频率是互相关联的。
波长越长，频率越低；波长越短，频率越高。
它们之间的关系可以由光速等于波长乘以频率这个公式来描述。
3. 折射和反射：当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
光的传播和光的速度
光的传播和光的速度光的传播和光的速度一直以来都是物理学研究的重要课题之一。
本文将探讨光的传播过程以及光速的一些基本原理和性质。
一、光的传播光是一种电磁波，它可以在真空中和一些透明介质中传播。
根据电磁学理论，当电场和磁场振荡时，就会产生电磁波。
光波的传播速度是由真空中的光速决定的，约为每秒299,792,458米，通常记作c。
光的传播路径通常是直线传播，遵循光的直线传播定律。
这意味着在均匀介质中，光线传播的路径是最短的路径，即光线传播的路径是沿着两点之间最短距离的直线路径。
二、光的速度光速是一个众所周知的物理常数，它在真空中的数值为299,792,458米/秒，也被定义为光的速度。
光速是物理学中最重要的基本常数之一，它在相对论和其他许多领域中起着重要的作用。
光速的高度是相当于其它任何物质的速度，它比声速高约一百万倍。
这意味着光在1秒钟内能够绕地球约7.5次，这种速度的快慢是人类难以想象的。
三、光速的实验测量光速的实验测量一直以来都是物理学家研究的重要课题之一。
在历史上，有许多著名的科学家对光速进行了测量，并取得了一些重要的结果。
其中一个著名的实验是现代物理学建立的基石之一。
在1676年，丹麦天文学家罗默观察到木卫一（木星的一个卫星）的运动，发现它的运动速度在地球的不同位置会有微小的变化。
他发现这种变化是由于光传播速度有限，而地球在不同位置上与木卫一之间的距离发生了变化。
这个实验为后来光速测量的发展奠定了基础。
随着时间的推移，科学家们使用不同的实验方法，通过精确的测量，逐渐确定了光速的数值。
四、光速的性质和应用光速不仅仅是物理学的基本常数，也在许多领域中发挥着重要的作用。
以下是光速的一些性质和应用：1. 光速是真空中所有电磁波的传播速度的上限。
根据相对论的理论，任何物质的速度都不能超过光速。
这是因为随着速度的增加，物质的质量会无限增加，因此超过光速是不可能的。
2. 光速对于天文学中的测量和研究是极其重要的。
电磁波的传播速度及折射率
电磁波的传播速度及折射率电磁波是由电场和磁场耦合而成的一种波动现象，其传播速度和折射率在物理学中扮演着重要的角色。
本文将对电磁波传播速度和折射率进行探讨。
一、电磁波的传播速度电磁波在真空中传播时的速度被称为真空中的光速，通常记作c，其数值约为 3.00 × 10^8 m/s。
根据麦克斯韦方程组的推导，可以证明光速是电磁波在真空中的最大传播速度。
根据光的粒子理论，光速恒定不变，不受传播介质的影响。
但是，当电磁波传播介质发生变化时，其传播速度会发生改变。
根据电磁波的性质，我们知道电磁波可以在空气、水、玻璃等各种介质中传播。
二、电磁波在介质中的传播速度对于电磁波在介质中的传播速度，我们需要引入一个重要的物理量——折射率。
折射率(n)是一个无量纲的物理量，表示电磁波在介质中的传播速度与真空中光速之比。
根据折射定律，当电磁波从真空射入介质时，其传播方向会发生变化。
折射定律可以用如下形式表达：n1 × sin(θ1) = n2 × sin(θ2)其中，n1 和 n2 分别表示真空和介质的折射率，θ1 和θ2 分别表示入射角和折射角。
通过折射定律，我们可以看出电磁波在不同介质中的传播速度是不同的。
一般来说，当电磁波从光密介质（如玻璃）射入光疏介质（如空气）时，其传播速度减小，角度变小；相反地，当电磁波从光疏介质射入光密介质时，其传播速度增加，角度变大。
三、折射率与电磁波频率的关系折射率与电磁波频率之间存在一定的关系。
一般来说，电磁波频率越高，折射率越大；电磁波频率越低，折射率越小。
这个现象称为色散现象，可以通过材料的色散曲线来描述。
在常见材料中，折射率与电磁波频率之间通常符合柯西公式：n = A + B/λ^2其中，n 表示折射率，λ 表示波长，A 和 B 是材料的常数。
四、电磁波速度和折射率的应用电磁波的传播速度和折射率在许多应用中起着关键作用。
例如，在光纤通信中，光信号通过光纤传输，其传播速度和折射率的准确计算对于信号的传输质量至关重要。
物理光学复习提纲(重点归纳)
第一章 光的电磁理论 1.1 光的电磁波性质1.麦克斯韦方程组精品文档物理光学E d lB dstCAEBtD d sVdvAB dsAH dl( JD t ) d sCA2.物质方程3.电磁场的波动性波动方程：2E12E2t 22H 12H2t 2DB 0HJDt4.电磁波c12.997 92 108m / s0 0光的来历：由于电磁波传播速度与实验中测定的光速的数值非常接近，麦克斯韦以此为重要依据，语言光是一种电磁波。
麦克斯韦关系式：nr（注：对于一般介质， εr 或 n 都是频率的函数，具体的函数关系取决于介质的结构，色散）（注：相对介电常数通常为复数会吸收光）折射率： ncr r可见光范围：可见光 (760 nm~380 nm) 每种波长对应颜色：红色 760 nm~650 nm 绿 色 570 nm~490 nm紫 色 430 nm~380 nm橙 色 650 nm~590 nm 青 色 490 nm~460 nm 黄 色 590 nm~570 nm蓝 色 460 nm~430 nm1.2 平面电磁波1.2.1 波动方程的平面波解波面：波传播时，任何时刻振动位相总是相同的点所构成的面。
平面波：波面形状为平面的光波称为平面波。
球面波：波面为球面的波被称为球面波。
1.2.2 平面简谐波（ 1）空间参量空间周期：空间频率： f1空间角频率 (波数 ): k k 2 f 2 / f（ 2）时间参量 1 2时间周期：TT 时间频率：T 时间角频率： 2T（ 3）时间参量与空间参量关系k1.2.3 一般坐标系下的波函数（三维情形）1.2.4 简谐波的复指数表示与复振幅一维简谐波波函数表示为复指数取实部的形式：E(z,t) Acos(kz t 0 )Re Aexp i (kz t 0)不引起误解的情况下：E( z,t ) Aexp[i(kz t 0 )]复振幅：E(z) Aexp[i(kz 0 )]1.6 光在两介质分界面上的反射和折射1.6.1 反射定律和折射定律入射波、反射波和折射波的频率相同反射定律：反射角等于入射角折射定律：n i sin i n r sin n i sin i n t sin r t1.6.2 菲涅尔公式s 分量和 p 分量：Ek r 通常把垂直于入射面振动的分量叫做 s 分量，ipErsEis把平行于入射面振动的分量称做p 分量 。
物理高中知识点总结选修二
物理高中知识点总结选修二第一章电磁场的基本概念电磁场是指电荷和电流所产生的力场，包括静电场和磁场。
电荷和电流是电磁场的源，它们的存在和运动产生了电场和磁场。
在电磁场中，电场和磁场相互作用，形成了电磁现象。
在电磁场中，电荷和电流受到电场力和磁场力的作用，发生运动。
电荷是物质中的基本粒子，带电粒子产生的物质称作电子，未带电的物质称作中子，而电子与质子所带的电量大小相等，而符号相反，所以质子带正电。
电荷受力为Coulomb力。
单位电量为库仑量。
磁场由磁极造成，包括北极和南极，并且又孤立的磁单极，因此产生磁场的磁力线是环绕磁体的，磁极间的相互作用遵循磁力的叠加原理，磁力的大小遵守库仑定律，则单位磁通量为韦伯。
电磁场存在于空间中，可以通过电荷和电流的产生，可以通过环路定理与Gauss定理应用到电磁中，即可知道磁场的产生，电场的环路可知变化的磁通量，以及电场的闭合曲面则可知外加电荷数目。
第二章电磁感应现象与电磁感应定律电磁感应定律是反映电磁感应现象的定律。
当一磁束的率于闭合导体回路中变化时，产生感应电动势，即法拉第电磁感应定律。
法拉第电磁感应定律可以推导出电磁感应定律。
电磁感应定律的实验研究和理论分析共同揭示了磁场和电场之间的相互转化关系，以及能量的转化问题。
当闭合回路在磁场中有运动时，由于磁通量的变化，就会在回路中产生感应电动势。
电磁感应定律包括法拉第电磁感应定律和楞兹定律。
电磁感应定律的应用有很多，可以用于发电机的工作原理，是电磁学重要的应用之一。
第三章电磁感应现象的应用电磁感应现象的应用有很多，如变压器、感应电炉、感应电动机、电磁波等。
其中变压器是一种基于电磁感应现象而工作的重要设备。
变压器通过变换线圈的匝数和电流强度，实现了电压的升降，广泛应用于电力传输系统中。
感应电炉则是利用感应电动势的原理实现加热材料，广泛应用于冶金、机械制造、化工等各个行业。
感应电动机则是一种利用电磁感应现象工作的电动机，是现代工业中不可或缺的设备。
电磁波在物质中传播的机理研究
电磁波在物质中传播的机理研究第一章电磁波的基本概念和特性电磁波是一种具有电场和磁场的波动现象，是电磁场的传播形式。
电磁波的频率与波长之间呈反比关系，频率越高，波长越短。
电磁波的速度在真空中是确定的，为光速，即3×10^8m/s。
第二章电磁波在真空中的传播机理电磁波在真空中的传播是由于电场和磁场相互作用而产生。
当电场变化时，它就会引起磁场的变化；同时，当磁场变化时，它也会引起电场的变化。
这种电场和磁场相互作用引起的变化会形成一种特殊的波动现象，即电磁波。
第三章电磁波在物质中的传播机理物质由原子和分子构成，电磁波在物质中的传播机理本质上是电磁场和物质之间的相互作用。
其中，分子和电磁场之间的相互作用是物质对电磁波的吸收、散射、反射和透过的基本原理。
第四章物质对电磁波的吸收物质对电磁波的吸收是指电磁波通过物质后，被物质吸收而消失的过程。
当电磁波穿过物质时，分子能吸收它的能量，并把这些能量转化成热能，使被照物质发热。
物质对电磁波的吸收取决于电磁波频率、波长和物质的吸收特性。
第五章物质对电磁波的散射物质对电磁波的散射是指电磁波在物质中传播时，遇到分子而发生方向改变的现象。
散射会使电磁波在物质中迂回传播，导致它的传播距离变短。
物质对不同频率的电磁波的散射强度是不同的，这就是为什么太阳的光是白色的，而天空是蓝色的原因。
第六章物质对电磁波的反射物质对电磁波的反射是指电磁波在物体表面遇到介质的边界时，发生反向传播的现象。
反射会使电磁波在物体表面形成反射光束，产生镜面反射和漫反射两种现象。
物质的光学特性、电磁波频率和入射角等因素会影响反射效果。
第七章物质对电磁波的透过物质对电磁波的透过是指电磁波在物质中穿过而没有被吸收或散射的现象。
物质对不同波长的电磁波的透过率不同，这也是为什么太阳的紫外线能到达地球表面，而可见光和红外线又被大气层吸收的原因。
第八章总结与展望电磁波在物质中的传播机理是一门重要的学科，对了解物质的结构和特性具有很重要的意义。
电磁波的概念与特性
各国法规：如美 国的FCC、欧洲 的CE等对电磁辐 射的限制和规定
国内标准：如中 国的国家标准 GB8702-88《电 磁辐射防护规定》
国内法规：如 《中华人民共和 国无线电管理条 例》、《中华人 民共和国电信条 例》等对电磁辐 射的限制和规定
简介：高频电磁波技术是指利用高频电磁波进行信息传输、通信、探测等技术应用。
雷达探测：利用电磁波的反射和回波信号，实现目标定位和距离测量
无线通信：利用电磁波传递信号，实现语音、数据、图像等信息的传输
射电天文学：利用电磁波观测宇宙中的天体和现象，如射电望远镜
电磁能：利用电磁波加热物体或产生电场、磁场等物理效应，实现各种应用，如微波炉、电磁 疗等
微波炉：利用微波的能量使食物分子振动产生热量，实现快速加热 红外线加热：利用红外线的热效应，实现物体局部快速加热 电磁炉：利用电磁感应原理，在铁质锅具中产生涡流，实现高效加热 电热毯：利用电热丝产生热量，为人们提供温暖
保持距离：尽量远离高强度电磁波源，如雷达、无线通信基站等
穿戴防护装备：使用电磁辐射防护服、防护眼镜等
室内防护：保持室内有良好的通风，避免长时间停留在密闭的电磁波环境中
饮食调节：多食用富含维生素C、E等抗氧化物质的食物，有助于减轻电磁辐射对身体的损 害
国际标准：如 IEEE、CISPR等组 织制定的电磁辐 射标准
高速无线通信技术是电磁波技术的 重要应用之一，具有高速传输和无 线连接的优点。
高速无线通信技术广泛应用于移动 互联网、物联网、智能交通等领域， 为人们的生活和工作带来便利。
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随着5G、6G等通信技术的不断发展， 高速无线通信技术的传输速度和稳 定性将得到进一步提升。
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从光的本性简述光学发展史： 1、牛顿提出光是粒子流的理论——牛顿的微粒 说。 2、惠更斯提出光的波动说，光是在充满整个空 间的特殊介质“以态”(ether)中传播的某种弹 性波；
麦克斯韦提出了光波属于电磁波。 3、爱因斯坦(Einstein)提出了狭义相对论，否定 了以太的存在，电磁波 (光波)本身是一种实体。 4、波粒二象性：微观粒子，包括“光子”具有 波粒二象性。光在传播过程中表现波动性，光 在与物质相互作用时表现粒子性。
光学的主题
研究光的传播和光与物质的相 互作用。
光属于电磁波，首先讨论光的 电磁理论。
第一章：电磁波和光速 ——电磁波的传播问题
1.麦克斯韦方程组 麦克斯韦总结了电磁学的基本实验规律，并
根据理论分析得出了著名的麦克斯韦方程组， 其积分形式（左列）和微分形式（右列）如下：
A
D dA V Edl
标量常数；
(2)对于光各向同性的非线性介质来说，r (或e)
为与场强E有关的标量级数； (3)对于光各向异性介质，相对介电常量则以张
量形式r(或e)出现，这时D和E不再相互平
行。———晶体的双折射现象。
另外：对于有限空间，还需要相应的边界 条件。
2、电磁波和光波
• 由麦克斯韦方程组(和物质方程)可推出电磁波 波动方程。 条件：传导电流和自由电荷是电磁波的源头， 在本讲义涉及的光学范畴，只讨论远离源头的 区域，故可设传导电流和自由电荷均为零。
0dV ,
B dA ,
L
A
BdA 0,
A
H dl
L
(
A
j0
D )
dA
,
D 0
E
B
B 0
H
j0
D
(1-1-1)
• 式中，D为电位移矢量；0为自由电荷；E
为电场强度矢量；B为磁感应强度矢量；H 为磁场强度矢量；j0为传导电流密度矢量； 0为介质的电导率。
• 利用麦克斯韦方程组来解决具体的电磁场在
各向同性介质中的传播问题时，还需用到下
述物质方程：
D0EP0E0eE0rE
B0rH
(1-1-2)
j0 (EE)
• 在本讲义所涉及到的光学范畴的介质，均为非
磁性物质。可认为介质的相对磁导率 r1。
• 至于相对介电常量 r 的大小和形式，则因介
质而异：
(1)对于光各向同性的线性介质来说，r (或e)为
(6)视频和射频则是当今电视、广播等电子通信的 主要工作波段。
3.光波在各向同性介质中的传播速度以及折射率
波速为 u 1 c c
00rr rr n
式中n rr r 是介质的折射率
折射率定义： n c u
• 在偏振光的章节中，将会讨论光波在各向异性 介质中的传播问题。
4.电磁波波动方程的解：平面波和球面波
（对麦克斯韦方程组微分形式第二式的两边 作运算，并以微分形式第四式( j0=0的情形) 及物质方程式(1-1-2)代入，得）
( E ) 0 r H 0 ro r E
• 并由式（1-1-1）微分形式第一式（0=0的情 形），得
2 E 00rr E ( 1 1 3 a )
波速为 u1 00rr
• 于是，麦克斯韦于1865年预言了电磁波的存 在。他的预言于1887年由赫兹实验所证实。
在力学中，学过波动方程：
2 2 2 12
x2 y2 z2 u2 t2
代表振动位移，只要它的运动规律符
合上式，就可肯定它是以u为传播速度的波动
过程。 2 2 E H 0 0 0 0 r rr r E H
( 1 1 3 a ) ( 1 1 3 b )
• 振动量是电磁场，并且是矢量。
• 麦克斯韦还注意到电磁波波动方程中，
对于真空中，r= r=1
波速为 c 1 0 0
将实验测得的值，代入上式得
c31 .70 416 0 km /s
• 这个数值和当时实验测得的光速的数值十分 相近， 麦克斯韦注意到这种神奇的巧合，于 是大胆地提出光也是电磁波的伟大预言。
类似推导可得
2 H 00rr H ( 1 1 3 b )
• 式（1-1-3a）和式（1-1-3b）是电磁波波动方 程，波速为
u1 00rr
• 由麦克斯韦方程组推出了电磁波波动方程：
2 E 00rr E ( 1 1 3 a )
2 H 00rr H ( 1 1 3 b )
expi
t
krr
球面波表示为
EE0
1expi r
t
krr
(1-1-4) (1-1-5)
式(1-1-4)和(1-1-5)采用了复指数形式来表示简谐波，其 实部系数才是实际的简谐波。
用复指数表示简谐波的叠加、微分等运算所得结果 取其实部系数，这与用三角函数表示进行同类运算所得 结果一致。然而，用复指数表示简谐波的叠加、微分等 运算，比用三 00rr E ( 1 1 3 a ) 2 H 00rr H ( 1 1 3 b )
(3)X射线和 射线的波长与原子间隔相当，且有
较强的穿透力。
(4)红外线波长范围约为760nm~6105nm，相应的 频率范围约为1012Hz~1014Hz，人眼不能直接感 知，但热效应显著，可用红外光电器件显示红 外图象，夜视仪就是按照这个原理制成的。红 外线也是当今光纤通信的窗口波段；
(5)微波波段常用电子电路获得，微波最著名的应 用是雷达、微波通信、微波激射器、微波炉等；
简谐波是波动方程的解，有两类重要的 基本解，即平面波和球面波。
平面波表示为
EE0
expi
t
krr
(1-1-4)
球面波表示为
式 Ek 为 中 E0 1re波 xpi(r矢 t)为 kr， 初 r始(k1相 -1-25)位
波的传播速度为 u ( c )
k
n
平面波表示为
EE0
• 电磁波谱图
310-12 310-8 310-4
m
红外 微波
射线 X射线 紫外 可见
3100 视频
射频
3104
104
108
1012 1016 1020 Hz
(1)可见光的波长范围为400nm~760nm，相应的 频率范围1014Hz~1015Hz。
(2)紫外线波长范围为5nm~400nm，相应的频率 范围1015Hz~1017Hz，不能为人眼所感知，可 用荧光屏，或照相乳胶，或光电管来探测。