《電磁場(chǎng)和電磁波》PPT課件.ppt

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1、電磁振蕩與電磁波,麥克斯韋：電磁場(chǎng)理論，證明電磁場(chǎng)以波的形式傳播，波速為光速。 赫茲：1888年用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在。 波波夫：1895年發(fā)明了無線電報(bào)接收機(jī)，1896年3月表演了距離為250m的無線電報(bào)傳送。 馬可尼：1897年第一次實(shí)現(xiàn)了9英里的無線電聯(lián)系；1899年實(shí)現(xiàn)了橫跨英吉利海峽的無線電通訊；1901年完成了從法國穿越大西洋到達(dá)加拿大的無線電通訊。1909年他獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。 內(nèi)容：電磁振蕩和電磁波的產(chǎn)生，電磁波的特性等。,赫茲（Hertz, H. R. ,1857-1894）,,德國物理學(xué)家 用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并確認(rèn)了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，并且實(shí)驗(yàn)

2、了兩列電磁波的干涉，同時(shí)證實(shí)了在直線傳播時(shí)，電磁波的傳播速度與光速相同，從而驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。 1888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。 為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字來命名各種波動(dòng)頻率的單位，簡稱“赫”。,161 電磁振蕩,一、振蕩電路 無阻尼自由電磁振蕩,1、LC振蕩電路,充電： 電容器C兩極板間的電壓：U0=e 兩極板上等量異號(hào)電荷：+Q0、-Q0；,放電：,電路無電流，電場(chǎng)能量集中在電容器兩極板間,,,,線圈激起磁場(chǎng)，電路中電流逐漸增大，電荷減小，放電終了，電容器電場(chǎng)

3、能量全部轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量,對(duì)電容器反向充電，隨著電流的減弱，兩極板上電荷逐漸增多，磁場(chǎng)能量又全部轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量,電客器放電，電場(chǎng)能量又轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量,,,2、幾個(gè)基本概念,電磁振蕩： 電荷和電流、電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨時(shí)間作周期性變化的現(xiàn)象。 振蕩電路： 產(chǎn)生電磁振蕩的電路。 無阻尼自由振蕩電路： 電路中沒有任何能量耗散(轉(zhuǎn)換為焦耳熱、電磁輻射等)，稱為無阻尼自由振蕩電路。 振蕩方程： 振蕩電路所遵循的歐姆定律。,一、電磁波的產(chǎn)生與傳播,1、LC振蕩電路輻射電磁波的條件,振蕩頻率足夠高輻射能量與頻率的四次方成正比， 電路開放LC是集中性元件，電場(chǎng)能量集中在電容器中，磁場(chǎng)能量集中在線圈中，為了把電磁能輻射出

4、去，電路必須是開放型的。,LC振蕩電路就演變?yōu)檎袷幣紭O子,2、電磁波的波動(dòng)方程,振蕩電偶極子,電磁波 傳播速度,結(jié)論： 電磁波頻率就是電偶極子振蕩的頻率； 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的振幅與電偶極子振蕩頻率的平方成正比； 電磁波是橫波，Er，Hr 電場(chǎng)與磁場(chǎng)的振動(dòng)相位相同。,在離電偶極子很遠(yuǎn)的地方，則可以看成是平面波,二、電磁波的特性,電磁波是橫波，電矢量、磁矢量與傳播速度垂直,電場(chǎng)與磁場(chǎng)同相位,電場(chǎng)與磁場(chǎng)幅值成比例,真空中電磁波的傳播速度等于光速,三、電磁波的能量,1、能流密度,以電磁波形式傳播出去的能量叫做輻射能。,能量密度,能流密度,坡印廷矢量,特點(diǎn)： 輻射能量與頻率的四次方成正比； 輻射能量與距離的平

5、方成反比，這是球面波的特點(diǎn)； 有很強(qiáng)的方向性，在垂直于軸線方向上的輻射最強(qiáng)，而在沿軸線方向上沒有輻射。,2、輻射功率,單位時(shí)間內(nèi)輻射的能量叫做輻射功率。,四、電磁波譜,電磁波的范圍很廣。為了便于比較，以便對(duì)各種電磁波有全面的了解，我們可以按照波長（或頻率）的大小，把它們依次排成波譜，稱為電磁波譜。,無線電波：長波： 31033104m，遠(yuǎn)洋長距離通訊與導(dǎo)航 中波： 2003103m， 航海，航空定向，無線電廣播 短波： 10200m， 無線電廣播，電極通訊等。 超短波：110m， 電視，雷達(dá)電導(dǎo)航 微波： 0.1cm1m， 電視，雷達(dá)電導(dǎo)航 紅外線： 0.76600mm 熱效應(yīng) 可見光： 0.

6、400.76mm 紫外光： 0.4m50 A0 生理作用，殺菌，誘殺昆蟲，醫(yī)療 x射線： 500.4 A0 穿透能力強(qiáng)，人體透視晶體結(jié)構(gòu)分析 g 射線： <0.4A0 與研究原子核結(jié)構(gòu),2020/7/26,14,解：,(1)、E波和H波同位相；,(2)、兩波振幅滿足：,(3)、,三者關(guān)系為,,,,例1：,對(duì)于求E波、H波表達(dá)式要明確三點(diǎn)：,2020/7/26,15,1. 電磁波是橫波,2. 電矢量 與磁矢量 的振動(dòng)位相相同,3. 在空間任一點(diǎn)處， 和 之間在量值上的關(guān)系,4. 電磁波的傳播速率,二、電磁波的能量,1.電磁波的能量密度：,2. 能流密度,S,（坡印廷矢量）,小 結(jié),一、

7、電磁波的基本性質(zhì),,1、如圖，平板電容器(忽略邊緣效應(yīng))充電時(shí)，沿環(huán)路L1的磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流與沿環(huán)路L2的磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流兩者，必有：,(A),,(B),,(C),(D),.,第十一章 選擇題,解：,回路1部分電流 回路2全部電流,C,2、電位移矢量的時(shí)間變化率 的單位是？,(A)、庫侖 / 米2 (B)、庫侖 / 秒 (C)、安培 / 米2 (D)、安培 米2,C,解：,由感應(yīng)電場(chǎng)的性質(zhì)：,1 非保守場(chǎng)；,D,2 電力線閉合。,解：,4、設(shè)在真空中沿著 x 軸正方向傳播的平面電磁波，其電場(chǎng) 強(qiáng)度的波的表達(dá)式是 則磁場(chǎng) 強(qiáng)度的波的表達(dá)式是：,(1)、E 波和H

8、波同位相：,解：,(2)、兩波振幅滿足：,C,解：,5、電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度 E ，磁場(chǎng)強(qiáng)度H 和傳播速度u 的關(guān)系是：,三者相互垂直，而且 E 和 H 位相差/2 (B) 三者相互垂直，而且 E、H 、u 構(gòu)成右旋直角坐標(biāo)系 (C) 三者中 E 和 H 是同方向的，但都與 u 垂直 (D) 三者中 E 和 H 可以是任意方向，但必須與 u 垂直,B,,,,波印廷矢量---能流密度,6、在圓柱形空間內(nèi)有一均勻磁場(chǎng)，如圖所示，,磁場(chǎng)的大小以速率dB/dt變化有一長度為l0的金屬棒先后放在磁場(chǎng)的兩個(gè)不同位置1(ab)和2(ab)，則金屬棒在這兩個(gè)位置時(shí)棒內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小關(guān)系為,(A),(B),(C

9、),(D),,解：,B,,7、在圓柱形空間內(nèi)有一均勻磁場(chǎng)，如圖所示,磁場(chǎng)的大小以速率dB/dt變化在磁場(chǎng)中有A、B兩點(diǎn)，其間可放直導(dǎo)線AB和彎曲的導(dǎo)線AB，則,(A) 電動(dòng)勢(shì)只在直AB導(dǎo)線中產(chǎn)生,(B) 電動(dòng)勢(shì)只在彎AB導(dǎo)線中產(chǎn)生,(C) 電動(dòng)勢(shì)在直AB和彎AB中都產(chǎn)生，且兩者大小相等,(D)直AB導(dǎo)線中的電動(dòng)勢(shì)小于彎AB導(dǎo)線中的電動(dòng)勢(shì),解：,D,見第6題,三角形面積小于扇形面積,,8、如圖所示，空氣中有一無限長金屬薄壁圓筒，在表面上沿圓周方向均勻地流著一層隨時(shí)間變化的面電流i(t)，則 (A) 圓筒內(nèi)均勻地分布著變化磁場(chǎng)和變化電場(chǎng) (B) 任意時(shí)刻通過圓筒內(nèi)假想的任一

10、球面的磁通量和電通量均為零 (C) 沿圓筒外任意閉合環(huán)路上磁感強(qiáng)度的環(huán)流不為零 (D) 沿圓筒內(nèi)任意閉合環(huán)路上電場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流為零,解：,B,感應(yīng)電場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)均為閉合線,9、對(duì)位移電流，有下述四種說法，請(qǐng)指出哪一種說法正確 (A) 位移電流是指變化電場(chǎng) (B) 位移電流是由線性變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的 (C) 位移電流的熱效應(yīng)服從焦耳楞次定律,,(D) 位移電流的磁效應(yīng)不服從安培環(huán)路定理,解：,A,10、一電荷為q的點(diǎn)電荷，以勻角速度w作圓周運(yùn)動(dòng)，圓周的半徑為R設(shè)t = 0 時(shí)q所在點(diǎn)的坐標(biāo)為x0 = R，y0 = 0 ，以 分別表示x和y軸上的單位矢量，圓心O位移電流密度為,(A),(B),(C),(D),解：,D,