物理学课件17章节

电磁振荡与电磁波,1、电磁振荡：LC电磁振荡电路； 无阻尼电磁自由振荡方程及能量；,2、电磁波：电磁波的产生与传播性质、能量；电磁波谱。,主要内容：,教学要求：,1、了解LC电路中电磁振荡的规律和特点；,2、理解电磁波产生与传播的条件和电磁波的性质。,17-1 电磁振荡,在电路中电流或电荷的振动叫做电磁振荡,产生电磁振荡的电路叫做振荡电路.,一、振荡电路 无阻尼自由电磁振荡,1、LC振荡电路,2、振荡的过程:,电路中电荷、电流作周期性变化,相应地电场、磁场能量亦作周期性变化,且不断相互转化.电路中能量没有损耗。,L、C是储能元件,能量转换是可逆的;,二、无阻尼电磁振荡的振荡方程,只含L和C的电路是理想的无阻尼自由振荡电路.振荡电路中,电荷和电流随时间变化的规律方程称为振荡方程,q为任意时刻电容器上的电量, 为电量振幅， 是初相, 是振荡角频率。,即:电流的相位比电量超前,三、无阻尼自由振荡的能量,t 时刻,C中电场能量和L中磁场能量：,表明:LC电路中的磁场能量和电场能量都随时间作周期性变化,总能量为：,可见,在无阻尼自由振荡电路中,电场能量和磁场能量不断地相互转化,但其总和保持不变,电磁场能量守恒。,3、电路中电磁场能量亦不能以电磁波形式辐射出去。,能量守恒的条件：,1、电路中电阻必须为0，没有能量消耗；,2、电路中没有任何新注入的能量；,17-2 电 磁 波,麦克斯韦认为：变化的电场和磁场会不断地交替激发,并由近及远地传播出去.这种以一定速度在空间传播的电磁场就是电磁波。,一、电磁波的产生与传播,1、LC振荡电路辐射电磁波的条件：,1)振荡频率必须足够高,因为辐射能量与振荡频率的四次方成正比;,2)电路必须开放,电场能量和磁场能量不能只局限在L和C中。,为满足上述条件,LC电路演变成振荡偶极子.,赫兹实验:,1888年，赫兹用与上述相类似的振荡偶极子首次在实验上产生了电磁波，从而证实了电磁波的存在。,2、电磁波的传播,1)电磁波传播的物理机制,变化的磁场激发涡旋电场：,变化的电场(位移电流)激发涡旋磁场：,2)电磁场在空间的分布,近场:电力线的形状随偶极子的振荡而改变,由非闭合变为闭合曲线;,辐射场:波面趋于球面,电力线为闭合曲线,电场方向沿子午线切线方向,磁力线是一系列以偶极子轴线为轴的同心圆，电场与磁场互相垂直,且都垂直于矢径.,由上面方程可求得电磁场在空间的分布.,电磁场表达式：,对于远离波源的一个小区域：,式中 为电磁波在介质中的传播速度,3、电磁波的基本性质,1)电磁波是横波,电矢量 磁矢量 和传播速度 成右手螺旋关系,三者相互垂直。,2) 和 同相位。,3) 和 幅值成比例。,4)传播速度由介电常数和磁导率决定,在真空中，,二、电磁波的能量,电磁场具有能量,随着电磁波的传播就有能量的传播.,1、电磁波的能流密度(单位时间内通过单位截面积的能量):,2、坡印亭矢量,因 及电磁波的传播方向三者相互垂直,并成右手螺旋关系,3、平均辐射功率:,波源在单位时间内辐射出去的平均能量,电磁波辐射的能量特点,(1)平均辐射功率与振荡频率的四次方成正比;,(2)离偶极子越远，辐射强度越弱;,(3)辐射能量具有明显的方向性.,三、电磁波谱,电磁波的范围很广,其本质相同,只是频率(波长)不同而具有不同的特性.可分为:无线电波,红外线,可见光,紫外线,X射线, 射线,宇宙射线等.,小 结,1、LC 电磁振荡:电路、过程、能量;,2、电磁波的产生与传播:发射源、传播机制、电磁场分布、性质。,3、电磁场的能量;,4、电磁波谱.,