电磁波的产生和传播ppt课件.ppt

一、从电磁振荡一、从电磁振荡(electromagnetic oscillation)到电磁波到电磁波 §12-7 电磁波的产生和传播电磁波的产生和传播 变变化化的的电电场场和和变变化化的的磁磁场场互互相相依依存存、、又又互互相相激激发发, 并以有限的速度在空间传播，就是电磁波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，称为电荷和电流随时间作周期性变化的现象，称为电磁振荡电磁振荡固有振荡频率为固有振荡频率为 EEEEHHHHLC1 发射电磁波须具备两个条件发射电磁波须具备两个条件: 一是振荡频率要高，二是电路要开放一是振荡频率要高，二是电路要开放 根根据据要要求求对对电电路路进进行行改改造造使使整整个个LC振振荡荡电电路路演演变变为为一一根根直直导导线线，，电电流流往往返返振振荡荡，，两两端端出出现现正正负负交交替替变变化化的的等等量量异异号号电电荷荷，，此此电电路路就就称称为为振振荡荡偶偶极子极子，或，或偶极振子偶极振子(dipole oscillator) 。

以偶极振子为天线可有效地在空间激发电磁波以偶极振子为天线可有效地在空间激发电磁波 提提高高频频率率，，须须减减小小线线圈圈自自感感L和和电电容容C；；开开放放电电路路，，不不让让场场和和能能集集中中在在电电容容器器和和线线圈圈之之中中，，而而要分散到空间去要分散到空间去2二、二、偶极振子发射的电磁波偶极振子发射的电磁波 磁感应线是以偶极振子为轴、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疏密相间的同心圆，并与电场线互相套连 离离振振子子的的距距离离r远远大大于于电电磁磁波波波波长长 的的波波场场区区，，波面趋于球面，电磁场分布比较简单波面趋于球面，电磁场分布比较简单 距距振振子子中中心心小小于于波波长长的的近近心心区区，，电电磁磁场场分分布布比比较较复复杂杂，，可可从从一一条条电电场场线线由由出出现现到到形形成成闭闭合合圈圈并并向外扩展的过程中看出向外扩展的过程中看出 3 偶极振子电磁波的波强度偶极振子电磁波的波强度(平均能流密度平均能流密度)具有以下具有以下规律：规律：(1) 正比于频率四次方，即频率越高，能量辐正比于频率四次方，即频率越高，能量辐射越多；射越多；(2) 反比于离开振子中心的距离的平方；反比于离开振子中心的距离的平方；(3) 正比于正比于sin2 ，，具有强烈的方向性，在垂直于轴线的方具有强烈的方向性，在垂直于轴线的方向上辐射最强，而沿轴线方向的辐射为零。

向上辐射最强，而沿轴线方向的辐射为零 以以振振子子中中心心为为球球心心、、轴轴线线为为极极轴轴作作球球面面，，作作为为电电磁磁波波的的波波面面面面上上任任一一点点A处处，，场场强强矢矢量量 处处于于过过点点A的的子子午午面面内内，，磁磁场场强强度度矢矢量量 处处于于过过点点A并并平平行行于于赤赤道道平平面面的的平平面面内内，，两两者者互互相相垂垂直直，，并并且且都都垂垂直直于于点点A的位置矢量的位置矢量 ，，即垂直于波的传播方向即垂直于波的传播方向 4*三、三、赫兹实验赫兹实验(Hertzian experiment) 赫兹利用电容器充电赫兹利用电容器充电后通过火花隙放电会产后通过火花隙放电会产生振荡的原理，做成了生振荡的原理，做成了如图所示的振荡器如图所示的振荡器 赫赫兹兹实实验验在在人人类类历历史史上上首首次次发发射射和和接接收收了了电电磁磁波波，，且且通通过过多多次次实实验验证证明明了了电电磁磁波波与与光光波波一一样样能能够够发发生生反反射射、、折折射射、、干干涉涉、、衍衍射射和和偏偏振振，，验验证证了了麦麦克克斯斯韦韦的的预预言言，，揭揭示示了了光光的的电电磁磁本本质质，，从从而而将将光学与电磁学统一起来。

光学与电磁学统一起来 TDCP:KQ5赫赫 兹兹 (Heinrich Rudolf Hertz,1857—1894)德德国国物物理理学学家家，，年年仅仅36岁岁赫赫兹兹在在物物理理学学上上的的主主要要贡贡献献是是发发现现电电磁磁波波1888年年测测出出电电磁磁波波的的速速度度，，证证明明了了电电磁磁波波与与光光波波有有同同样样的的性性质质：：直直线线传传播播，，反反射射，，折折射射，，偏偏振振等等等等研研究究工工作作还还包包括括气气象象、、材材料料硬硬度度等等方方面面，，尤尤其其在在光光电电效效应应与与阴阴极极射射线线等等方方面面，，成成果果更更为为突突出出爱爱因因斯斯坦坦评评价价：：“只只是是等等到到赫赫兹兹以以实实验验证证实实了了麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁波波的的存存在在以以后后，，对对新理论的抵抗才被打垮新理论的抵抗才被打垮 6108 106 104 102 10-0 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 10-14 10-16 波长波长(m)100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024频率频率(Hz)长无线电波长无线电波短无线电波短无线电波调幅、频波、电视波调幅、频波、电视波 可见光可见光红外红外、、紫外线紫外线γ 射线射线X 射线射线四、电磁波的波谱四、电磁波的波谱(spectrum of electromagnetic wave) 真空中电磁波具有相同的传播速度。

真空中电磁波具有相同的传播速度将各种电磁波按照频将各种电磁波按照频率或波长的大小顺序排列起来就形成了率或波长的大小顺序排列起来就形成了电磁波的电磁波的波谱波谱 7 (1) 无线电波：无线电波：波长处于波长处于3km 1mm之间，之间，3km 50m中波波段，中波波段，50m 10m短波波段短波波段, 10m 1mm微波波段常用于广播、电视、通讯和雷达微波波段常用于广播、电视、通讯和雷达 (2) 红外线：红外线：波长处于十分之几毫米至波长处于十分之几毫米至760nm之间红外线具有显著的热效应，因此也称为热线红外线具有显著的热效应，因此也称为热线 (3) 可见光：可见光：波长处于波长处于760nm 400nm之间之间；；(4) 紫外紫外线：线：波长处于波长处于400nm 5nm之间之间；；(5) X射线：射线：波长处波长处于于10nm 10-2nm之间之间，，有较强的穿透力有较强的穿透力；；(6)  射线：射线：波长从波长从10-2 nm至无限短至无限短，，有极强穿透力有极强穿透力 整个电磁波波谱大致上可以划分成如下区域：整个电磁波波谱大致上可以划分成如下区域：8例例1 太太阳阳射射到到地地球球表表面面的的电电磁磁波波可可看看成成平平面面电电磁磁波波，，其其电电场场强强度度最最大大值值为为E0=800V/m。

求求电电磁磁波波中中磁磁感感应强度的最大值应强度的最大值B0 ，，并与地球磁场作比较并与地球磁场作比较解解 根据根据 已已知知地地磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为10-4T，，所所以以太太阳阳射射到到地地球球表表面面电电磁磁波波的的最最大大磁磁感感应应强强度度约约为为地地球磁场的球磁场的1/100得到得到 9。