大学物理第五版平面电磁波.ppt

1,1.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:,2,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。,3,4.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。,4,（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。,5,（2）波源远离观察者运动,结论：接收到的频率降低。,6,三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,7,一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,8,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(dipoleoscillator)。,9,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:,10,二、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。,11,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：,12,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：,13,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。,14,*三、赫兹实验(Hertzianexperiment),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。,15,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。,16,四.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。,17,(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:,18,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。,19,五.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,20,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,21,四电磁波谱,22,无线电波的波长范围和用途：,无线电波,23,红外线：0.6mm760nm,热效应；不易被大气和浓雾吸收。,可见光：760nm400nm,能使人眼产生光的感觉。,紫外线：400nm5nm,有明显的化学效应和荧光效应，也有较强的杀菌本领。,x