高二物理竞赛 电磁波 课件

电磁波的波动方程

16.1电磁波的产生

16.2电磁波的能量

16.3第16章电磁波主要内容16.1电磁波的波动方程积分方程微分方程量值关系16.1.1麦克斯韦方程组电场关系磁场关系16.1.2电磁波的波动方程空间无电荷及电流时磁场与电场分析类似有因此可得由于对于一维电磁波有根据矢是分析某矢量A因此可得由于对于一维电磁波有电磁波16.2.1振荡电偶极子+一对作周期性往复运动的正负电荷所形成的电偶极子偶极矩cos0pwtpp0w振幅角频率振荡偶极子辐射电磁波过程示意(步进分解):+p~16.2电磁波的产生产生与传播t0+EE电偶极子的某一对电力线+HEE两电荷相遇,电力线闭合,产生涡旋电场并激发磁场.t4T+2TtHEHE振荡电偶极子完成正半周的振荡+HEHE34tTHEHE正负电荷反向相遇时新产生的涡旋电场绕向与t=T/4时的相反.+2T4tTHEHE变化的电场和变化的磁场相互激发,相互感生,向外传播.+4t0T两电荷相对靠近,电力线相对向外扩展.EE+34tT2T振荡电偶极子进行负半周的振荡HEHE过程浏览+EE+EEHEEHH++EEt=0t=T/4过程浏览EEHH+EEHH++HHEEEEHHt=T/2t=3T/4振子的近场EH+~+~极轴在子午面(一系列包含极轴的平面)内.E在与赤道面平行的平面内.H振荡电偶极子发射的电磁波EHOEEHHO+~rr+~振荡电偶极子发射的电磁波在子午面(一系列包含极轴的平面)内.E在与赤道面平行的平面内.H传播方向沿的方向.rEH与相互垂直.EH波场中任一点的+~+~极轴电磁波接收超高頻发射机发射天线接收天线E该接收天线与E平行时,感生电动势.eilEdl的绝对值最大续上续7超高頻发射机发射天线H接收天线该接收天线(平面线圈)的法线与H平行时,感应电动势eidFdt的绝对值最大电磁波方程介质me,EHrqu极轴P~波速P~cos0wtpp0w振幅角频率E和H的波动方程cosprE.mp0w24..sinqw()turHemcospr.p0w24..sinqw()tur波动因子均与rw2成比例EHme实验和理论还证明,波速u1em方向性因子q02qp波幅为零波幅最大p,EOEH0电磁波的振幅ru介质em,E.cosw()turE0HH0cosw()turEHr,,相互垂直,且EHr与同向.E与H同相位,且eEmH.真空中me1u000318ms,等于光速C.H16.3.1电磁波的性质16.3.2电磁波的能量电磁波特性emEHem1u回忆相关概念电场能量密度we21eE2磁场能量密度wm21mH2波的能流Pwu波的能流密度APAwu波的平均能流密度(波强)PwuIAuT10Twdt电磁场中某点某时刻的电场和磁场总能量密度wwewm+21eE2+mH2)(emEHu1EH)(Jm3单位时间垂直通过单位面积的电磁辐射能量能流密度.)(Jms2.1或Wm2()swuEHHs称坡印廷矢量sE矢量式sEH电磁场中某点某时刻的电场和磁场总能量密度wwewm+21eE2+mH2)(emEHu1EH)(Jm316.3.2电磁波的能量将电场及磁场的波函数代入坡印亭矢量公式可得振荡电偶极子在单位时间内辐射的电磁波总能量称为辐射功率,用P表示.振荡电偶极子发出的是球面波,在半径为r的球面上,振荡电偶极子的辐射功率为由于在一个周期内对时间的平均值是1/2,所以由上式可

得平均辐射功率为16.3.3电磁波谱波长:1041810610210101012101104102410m1041810610210101