第8章 電磁場與電磁波2016

1、第八章第八章 電磁場與電磁波電磁場與電磁波基礎(chǔ)：庫侖定律、電場、電勢，基礎(chǔ)：庫侖定律、電場、電勢， 安培、畢薩、法拉第電磁感應(yīng)定律安培、畢薩、法拉第電磁感應(yīng)定律麥可斯韋假說：麥可斯韋假說：渦旋電場 位移電流電磁理論方程組電磁理論方程組電磁波的存在電磁波的存在赫茲實(shí)驗(yàn)：赫茲實(shí)驗(yàn)：證實(shí)麥?zhǔn)侠碚撟C實(shí)麥?zhǔn)侠碚?光是電磁波光是電磁波 理論發(fā)展奠定基礎(chǔ)理論發(fā)展奠定基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與學(xué)科應(yīng)用得到了顯著發(fā)展：發(fā)電、電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與學(xué)科應(yīng)用得到了顯著發(fā)展：發(fā)電、電動(dòng)機(jī)8.1 位移電流位移電流1. 電磁場基本規(guī)律庫侖定律+場疊加原理0 ; 0d ; d00ElEDqsDlS畢薩定律+場疊加原理00 ; d0 ; 0d

2、jHsdjlHBsBLSSc靜靜電電磁磁場場非穩(wěn)恒情況？非穩(wěn)恒情況？ 在實(shí)驗(yàn)與理論上均無不合理之處，麥可斯韋在實(shí)驗(yàn)與理論上均無不合理之處，麥可斯韋將它們不加修改推廣到非穩(wěn)恒情況。將它們不加修改推廣到非穩(wěn)恒情況。v 高斯定理：v 由法拉第電磁感應(yīng)定律由法拉第電磁感應(yīng)定律+渦旋場假說渦旋場假說stBlELSddv 環(huán)路定理環(huán)路定理靜磁場環(huán)路定理向非穩(wěn)恒情況推廣情況怎樣？靜磁場環(huán)路定理向非穩(wěn)恒情況推廣情況怎樣？21SSSdBSdB靜電場環(huán)路定理僅是它的特殊形式。靜電場環(huán)路定理僅是它的特殊形式。在非穩(wěn)恒情況在非穩(wěn)恒情況下，穿過邊界為下，穿過邊界為L L的任何曲面的磁通量相等，即的任何曲面的磁通量相等，

3、即LS1S2B靜電場環(huán)路定理向非穩(wěn)恒情況推廣的情況靜電場環(huán)路定理向非穩(wěn)恒情況推廣的情況q存在的問題存在的問題S1S2I1I2LSsjlHdd0由由 要求穿過以要求穿過以L為邊界的任意曲面的傳導(dǎo)電流均相等為邊界的任意曲面的傳導(dǎo)電流均相等sjsjSSdd21000d210sjSSSS=S1+S2為閉合曲面為閉合曲面由電荷守恒：由電荷守恒：tqsjSddd00穩(wěn)恒條件下為電流連續(xù)原理穩(wěn)恒條件下為電流連續(xù)原理在非穩(wěn)恒情況下，一般在非穩(wěn)恒情況下，一般0dd0tqsjsjSSdd2100例：例：顯然顯然0d 0d00021IsjsjSS即安培環(huán)路定理不適用非穩(wěn)恒情況！即安培環(huán)路定理不適用非穩(wěn)恒情況！S1S

4、2I0Lq 位移電流假說位移電流假說令令d0jjj同時(shí)滿足同時(shí)滿足0d)(0sjjSd環(huán)路定理環(huán)路定理電荷守恒電荷守恒SSSstDsjtqsj0ddddd000則則0ddd00tqsjS位移電流密度：位移電流密度： tDjd位移電流位移電流stDIcSdd磁場環(huán)路定理磁場環(huán)路定理dlSIIstDjlHc00d)(d全電流，任何情況下均連續(xù)全電流，任何情況下均連續(xù)位移電流從邏輯上成立，但仍是一推測，正確性有待實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)位移電流從邏輯上成立，但仍是一推測，正確性有待實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)2. 位移電流q 位移電流的構(gòu)成與麥?zhǔn)霞僬f的實(shí)質(zhì)位移電流的構(gòu)成與麥?zhǔn)霞僬f的實(shí)質(zhì)pdjtEtPtEtDj00（利用了（利用了 ）t

5、qsjqsPpddd d和jP為極化電流密度，表示束縛電荷的微觀運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的極化電流。為極化電流密度，表示束縛電荷的微觀運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的極化電流。第一項(xiàng)和介質(zhì)無關(guān)，只與電場隨時(shí)間的變化率有關(guān)，即使在真空中也存在，第一項(xiàng)和介質(zhì)無關(guān)，只與電場隨時(shí)間的變化率有關(guān)，即使在真空中也存在，和電荷的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。和電荷的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。SLSstEstDlHddd0麥可斯韋假說的實(shí)質(zhì)麥可斯韋假說的實(shí)質(zhì)預(yù)言電磁波的存在預(yù)言電磁波的存在隨時(shí)間變化的磁場激發(fā)渦旋電場隨時(shí)間變化的磁場激發(fā)渦旋電場隨時(shí)間變化的電場激發(fā)渦旋磁場隨時(shí)間變化的電場激發(fā)渦旋磁場考慮自由空間（考慮自由空間（無傳導(dǎo)電流及自由電荷無傳導(dǎo)電流及自由電荷）：）：stBl

6、ELSddq j0 和和jd 的區(qū)別的區(qū)別例：例：設(shè)一電性能為設(shè)一電性能為 、 的物質(zhì)，加以的物質(zhì)，加以 的交流電場的交流電場tEEjcos00則則)2/cos(sin00000tEtEtEtDjd位移電流超前傳導(dǎo)電流位移電流超前傳導(dǎo)電流 /2相位。相位。00djj對(duì)金屬對(duì)金屬710)H10 (10)H10 (10/1083150zzjjd對(duì)電介質(zhì)對(duì)電介質(zhì)1010)10(10)10 (10/109320HzHzjjd位移電流在電介質(zhì)中比較明顯，且頻率越高越明顯！位移電流在電介質(zhì)中比較明顯，且頻率越高越明顯！例：對(duì)電容器例：對(duì)電容器I0I0+-+q0-q0DS1S2在一極板表面內(nèi)、外側(cè)各做一曲面

7、在一極板表面內(nèi)、外側(cè)各做一曲面S1和和S2 ，則通過則通過S1的有傳導(dǎo)電流的有傳導(dǎo)電流I0和位移電流和位移電流Id ，通過通過S2的幾乎全是位移電流，即電容器表的幾乎全是位移電流，即電容器表面中斷的傳導(dǎo)電流被空隙中的位移電流接面中斷的傳導(dǎo)電流被空隙中的位移電流接替，二者結(jié)合一起，保持電流連續(xù)。替，二者結(jié)合一起，保持電流連續(xù)。平行板電容器表面電荷均勻分布，且按照平行板電容器表面電荷均勻分布，且按照q=q0 sin t 變化，變化，求求: (1) 兩板間兩板間Id ； (2) r (r R) 的的H解：解： ;20RqDtRqtqRtDjdcos1202stDlHLSdd22rjrHDtRrqHc

8、os220RIdv j0是自由電荷宏觀定向移動(dòng)，是自由電荷宏觀定向移動(dòng)， jd是電場及電介質(zhì)極化的變是電場及電介質(zhì)極化的變化，與電荷宏觀移動(dòng)無直接關(guān)系；化，與電荷宏觀移動(dòng)無直接關(guān)系；v j0只存在于導(dǎo)體中，只存在于導(dǎo)體中， jd 在導(dǎo)體、介質(zhì)、真空中均可存在；在導(dǎo)體、介質(zhì)、真空中均可存在；v 導(dǎo)體中傳導(dǎo)電流有熱效應(yīng)，服從焦耳定律；若僅有電場變導(dǎo)體中傳導(dǎo)電流有熱效應(yīng)，服從焦耳定律；若僅有電場變化，化，jd不產(chǎn)生熱效應(yīng)，若不產(chǎn)生熱效應(yīng)，若jd包括包括jp ，有可能產(chǎn)生熱效應(yīng)，不服，有可能產(chǎn)生熱效應(yīng)，不服從焦耳定律；從焦耳定律；v 均產(chǎn)生磁場，服從安培環(huán)路定理。均產(chǎn)生磁場，服從安培環(huán)路定理。q j0

9、 和和jd 的區(qū)別與共性的區(qū)別與共性8.2 麥可斯韋電磁理論麥可斯韋電磁理論1. 麥可斯韋方程組SqsD0dSsB0dLSstDjlHd)(d0stBlELSdd積分形式積分形式0DtBE微分形式微分形式0BtDjH0麥克斯韋在前人總結(jié)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了一系列假設(shè)，得到適用于非穩(wěn)恒麥克斯韋在前人總結(jié)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了一系列假設(shè)，得到適用于非穩(wěn)恒情況的電磁場基本方程（情況的電磁場基本方程（A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field,1865）2. 電磁性能方程（描述材料特性）麥可斯韋方程不閉合，對(duì)各向同性介質(zhì)麥可斯韋方程不閉合，

10、對(duì)各向同性介質(zhì)ED0HB0Ej0若介質(zhì)在若介質(zhì)在B中以中以v 運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)，則)(0BvEj若有非靜電力若有非靜電力K存在存在)(0KBvEj對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)，則介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方程對(duì)運(yùn)動(dòng)介質(zhì)，則介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方程+洛倫茲公式洛倫茲公式BjEf其中其中 為電荷密度，為電荷密度，j 為總電流密度。為總電流密度。)(BvEqf對(duì)單個(gè)電荷對(duì)單個(gè)電荷q q3. 邊界條件 場量場量E、B、H、D在空間處處連續(xù)可微。在碰到導(dǎo)在空間處處連續(xù)可微。在碰到導(dǎo)體或介質(zhì)界面時(shí)，此連續(xù)可微條件將因面電荷或電流存體或介質(zhì)界面時(shí)，此連續(xù)可微條件將因面電荷或電流存在而遭破壞，從而不能使用微分形式，可利用邊值關(guān)系在而遭破壞，從而不能使用微分形式

11、，可利用邊值關(guān)系使場量在邊界兩側(cè)滿足邊界條件。使場量在邊界兩側(cè)滿足邊界條件。q 電介質(zhì)界面介質(zhì)介質(zhì)2介質(zhì)介質(zhì)10)( 0)(1212EEnDDn界面無自由電荷q 磁介質(zhì)界面0)( 0)(1212HHnBBn界面無傳導(dǎo)電流q 導(dǎo)體界面界面?zhèn)鲗?dǎo)電流面密度界面自由電荷面密度 )( )()(01201200102iHHnDDntjjnee由由D、B的定義的定義可求出界面束縛電荷密度可求出界面束縛電荷密度和磁化電流密度和磁化電流密度MHBPED00 和n4. 幾點(diǎn)說明q 麥可斯韋方程組隱含了電荷守恒定律麥可斯韋方程組隱含了電荷守恒定律0 DtDjH0由由0)(000tjtDjHq 麥?zhǔn)戏匠探M是線性的。麥

12、氏方程組是線性的。它是電磁場可疊加性的必然結(jié)果它是電磁場可疊加性的必然結(jié)果q 方程中方程中D和和B、E和和H是不對(duì)稱是不對(duì)稱的。根源在于無孤立的磁荷的。根源在于無孤立的磁荷和傳導(dǎo)磁流存在和傳導(dǎo)磁流存在q 麥?zhǔn)戏匠探M是不閉合麥?zhǔn)戏匠探M是不閉合的，加入電磁性能方程閉合的，加入電磁性能方程閉合q 綜合綜合“麥?zhǔn)戏匠探M麥?zhǔn)戏匠探M+材料電磁性能方程材料電磁性能方程+邊界條件邊界條件”，可，可唯一確定電磁場的解唯一確定電磁場的解，原則上可求解任何電磁場問題。，原則上可求解任何電磁場問題。8.3 平面電磁波平面電磁波1. 電磁波的產(chǎn)生（考慮真空（考慮真空 ）設(shè)傳播方向?yàn)閦， ，yetzBB),(xetzEE

13、),(tBEzEtB和和tDHzBtE0012222200221zEczEtE2222200221zBczBtB其中其中c為波速，且為波速，且smc/1031800電磁波是由于電場和磁場相互作用產(chǎn)生的，在真空中以電磁波是由于電場和磁場相互作用產(chǎn)生的，在真空中以光速傳播光速傳播0 ; 000j2. 平面電磁波的性質(zhì)（遠(yuǎn)離波源處的電磁波看看成平面電磁波）（遠(yuǎn)離波源處的電磁波看看成平面電磁波）考慮自由空間考慮自由空間 ，且為無限均勻各向同性介質(zhì)，且為無限均勻各向同性介質(zhì)0j000 和0E tHE00H tEH0麥?zhǔn)戏匠虨椋蝴準(zhǔn)戏匠虨椋浩渲衅渲衦 為位置矢量，為位置矢量，k為波矢為波矢（方向?yàn)殡姶挪▊?/p>

14、播方向，大?。ǚ较?yàn)殡姶挪▊鞑シ较?，大?k 則平面電磁波解可表示為：則平面電磁波解可表示為：)(0rktjeEE)(0rktjeHH利用：利用：k jjt 和0 , 0HkEkq 性質(zhì)1： 電磁波是橫波；HkEk ,由由0E0H由由tHE0tEH0EHkHEk00 和q 性質(zhì)2： 且E、H、k 構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系；EHHEkHkkHkHkHkkHkk200022)()()()(0)(2002HkH 有非零解的充要條件為：有非零解的充要條件為：02002k波速波速ckTv001q 性質(zhì)3：傳播速度為 ，真空中以光速c傳播；c若若 和和 與與 有關(guān)，則有關(guān)，則 不同時(shí)，光速也不同不同時(shí)，光速也不

15、同色散現(xiàn)象色散現(xiàn)象)()()(BACCABCBAEHkHEk00 和001k0000HEq 性質(zhì)4：E 和H 成正比聯(lián)合聯(lián)合某一介質(zhì)的折射率某一介質(zhì)的折射率v/cn一般對(duì)非鐵磁性介質(zhì)，一般對(duì)非鐵磁性介質(zhì)， =1v/cn對(duì)大多數(shù)氣體介質(zhì)近似成立（對(duì)某些物質(zhì)偏差的原因是由對(duì)大多數(shù)氣體介質(zhì)近似成立（對(duì)某些物質(zhì)偏差的原因是由于介電常數(shù)與頻率有關(guān)，高頻時(shí)，介電常數(shù)將顯著下降）于介電常數(shù)與頻率有關(guān)，高頻時(shí)，介電常數(shù)將顯著下降）將光學(xué)將光學(xué) ( n) 與電磁學(xué)與電磁學(xué)( ) 兩個(gè)不同領(lǐng)域的物理量聯(lián)系起來！兩個(gè)不同領(lǐng)域的物理量聯(lián)系起來！3. 電磁波與機(jī)械波的比較q 數(shù)學(xué)形式相似，且均表示能量傳播數(shù)學(xué)形式相似，

16、且均表示能量傳播q 機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)傳播，需要傳播介質(zhì)；機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)傳播，需要傳播介質(zhì)；q 電磁波不需要媒介，在真空中也可傳播。電磁波不需要媒介，在真空中也可傳播。q 量子力學(xué)：物質(zhì)波量子力學(xué)：物質(zhì)波22222zfatf波動(dòng)方程波動(dòng)方程fatf2222q 振源的設(shè)計(jì)振源的設(shè)計(jì)偶極振子偶極振子 LC電路可做為波源，但需有效發(fā)射電磁波，需具備：電路可做為波源，但需有效發(fā)射電磁波，需具備：v 頻率足夠高：輻射能量頻率足夠高：輻射能量 f 4v 電路需開放：電路需開放：L、C是集中電磁能元件，必須加以改造是集中電磁能元件，必須加以改造將電磁場分散到空間中將電磁場分散到空間中將將LC電路演變成電路演

17、變成振蕩電偶極子振蕩電偶極子 電流在其中來回流動(dòng)，兩端交替出現(xiàn)等量正負(fù)電荷電流在其中來回流動(dòng)，兩端交替出現(xiàn)等量正負(fù)電荷-+-4. 電磁波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 (1888, Hertz)q 偶極諧振子的電磁發(fā)射及輻射能量偶極諧振子的電磁發(fā)射及輻射能量 變化電場激發(fā)渦變化電場激發(fā)渦旋磁場，變化磁旋磁場，變化磁場激發(fā)渦旋電場場激發(fā)渦旋電場22034202sin2rcfpS 輻射平均能流密度輻射平均能流密度特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）頻率）頻率4 4次方；次方；2) 2) 距離平方距離平方反比；反比；3 3）角度依賴，方向性）角度依賴，方向性q Hertz實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) （1886-1888） Hertz振蕩偶極子振蕩偶極子

18、 兩段共軸黃銅桿兩段共軸黃銅桿 f 108109Hz， 1 m 發(fā)射的電磁波是間斷、減幅振蕩的電磁波發(fā)射的電磁波是間斷、減幅振蕩的電磁波 Hertz共振偶極子共振偶極子 （接收電磁波）（接收電磁波）缺口：百分之幾毫米缺口：百分之幾毫米可在空間調(diào)整共振偶極子位置以探測電磁波性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)可在空間調(diào)整共振偶極子位置以探測電磁波性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)電磁波具有反電磁波具有反射、折射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)射、折射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)，且電磁波波速為光速，說明光，且電磁波波速為光速，說明光是一種電磁波。是一種電磁波。10m5. 電磁波譜不同頻率和波長的電磁波可按波長或頻率排列，形成電磁波譜不同頻率和波長的電磁波可

19、按波長或頻率排列，形成電磁波譜8.4 電磁場的能量與動(dòng)量電磁場的能量與動(dòng)量 （物質(zhì)性）（物質(zhì)性）1. 電磁場的能量密度和能流密度q 定義定義 場能量密度場能量密度 是電磁場內(nèi)單位體積的能量，是是電磁場內(nèi)單位體積的能量，是r 及及t 的函數(shù)。的函數(shù)。 場能流密度場能流密度 描述能量在空間傳播的物理量，數(shù)描述能量在空間傳播的物理量，數(shù)值上等于單位時(shí)間垂直流過單位橫截面的能量，方向代表值上等于單位時(shí)間垂直流過單位橫截面的能量，方向代表能量傳輸方向。能量傳輸方向。),(trw),(trs其中其中f 為場對(duì)電荷的作用力密度為場對(duì)電荷的作用力密度 v 為電荷運(yùn)動(dòng)速度為電荷運(yùn)動(dòng)速度BvEf微分形式為：微分形

20、式為： .(1)vftws當(dāng)當(dāng)V包圍整個(gè)空間，則無窮遠(yuǎn)處能流密度為零，即包圍整個(gè)空間，則無窮遠(yuǎn)處能流密度為零，即dVvfwdVdtd場對(duì)電荷做功等于場能量的減少場對(duì)電荷做功等于場能量的減少q 場及電荷系統(tǒng)能量守恒定律的一般表達(dá)場及電荷系統(tǒng)能量守恒定律的一般表達(dá)場與電荷體系中，一區(qū)域與另一區(qū)域之間可能有能量轉(zhuǎn)移，但轉(zhuǎn)移過程中場與電荷體系中，一區(qū)域與另一區(qū)域之間可能有能量轉(zhuǎn)移，但轉(zhuǎn)移過程中總能量守恒總能量守恒。設(shè)體積設(shè)體積V內(nèi)，有電荷電流分布分別為內(nèi)，有電荷電流分布分別為 0和和j0（真空中），則單位時(shí)間進(jìn)入（真空中），則單位時(shí)間進(jìn)入V內(nèi)的能量內(nèi)的能量=V內(nèi)電磁場能量的增加率內(nèi)電磁場能量的增加率+

21、場對(duì)場對(duì)V內(nèi)電荷做功功率，即內(nèi)電荷做功功率，即VVadVvfwdVdtdAdss 也稱為坡印亭矢量，對(duì)線性介質(zhì)也稱為坡印亭矢量，對(duì)線性介質(zhì)ED0HB0202021212121HEBHDEwq w 和和s 的一般表達(dá)式的一般表達(dá)式tDEHEEtDHEjvEvBvEvf)()()(0（利用（利用 ）)()()(HEEHHE上式上式=)()()(HEtDEtBHtDEHEEHvf與前面（與前面（1 1）式比較得：）式比較得：tDEtBHtwHEsvftwsq 平面電磁波的平面電磁波的w 和和 s 瞬時(shí)值瞬時(shí)值20202020HEH21E21BH21DE21wvwkEkEHHEs0020其中其中kck

22、v100 平均值平均值 （對(duì)一個(gè)周期取平均）（對(duì)一個(gè)周期取平均）20020020H21E21EwvHvEvws2002002121其中其中E0 和和H0 為電磁波的振幅為電磁波的振幅q 電磁能的傳輸電磁能的傳輸對(duì)交變場，能量以場的方式傳播（較易理解），對(duì)對(duì)交變場，能量以場的方式傳播（較易理解），對(duì)穩(wěn)恒場？穩(wěn)恒場？+-對(duì)電源區(qū)對(duì)電源區(qū)：j 同同E 反向反向S向外傳播向外傳播 SjES導(dǎo)線及負(fù)載區(qū)：導(dǎo)線及負(fù)載區(qū)：j+S外外S外外E外外E外外E內(nèi)內(nèi)S內(nèi)內(nèi)+Ej導(dǎo)線與負(fù)載區(qū)的導(dǎo)線與負(fù)載區(qū)的E內(nèi)內(nèi)不同不同E外外j-S外外S外外E外外導(dǎo)線不但引導(dǎo)電流，導(dǎo)線不但引導(dǎo)電流，也引導(dǎo)電磁場，也引導(dǎo)電磁場，電磁電磁

23、能量能量通過空間的電磁通過空間的電磁場從導(dǎo)體側(cè)面輸入場從導(dǎo)體側(cè)面輸入例：例：電纜：電纜：R1、R2，加電壓加電壓U，通有電流，通有電流I。（。（1）計(jì)算介質(zhì)中）計(jì)算介質(zhì)中S和傳輸功率；和傳輸功率；（2）計(jì)算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進(jìn)入導(dǎo)線內(nèi)的能流及功耗。）計(jì)算通過內(nèi)導(dǎo)線表面進(jìn)入導(dǎo)線內(nèi)的能流及功耗。 R1R2解解： （1）erIH2導(dǎo)線表面一般帶電，設(shè)內(nèi)導(dǎo)線單位長度電荷為導(dǎo)線表面一般帶電，設(shè)內(nèi)導(dǎo)線單位長度電荷為 則則r0er2E又又120RRln2UzzerRRIUerIHES2122021)/ln(24Iez0圓環(huán)狀截面?zhèn)鬏敼β蕡A環(huán)狀截面?zhèn)鬏敼β蔝IrdrSsdSPRRRR21212（2）設(shè)內(nèi)導(dǎo)線電導(dǎo)率

24、為）設(shè)內(nèi)導(dǎo)線電導(dǎo)率為 ，則，則z21eRI/jE由電場切向連續(xù)，介質(zhì)中由電場切向連續(xù)，介質(zhì)中EEzrzeRIHES31222長度長度l 耗散功率耗散功率RIRlIlR2SP221212. 電磁場的動(dòng)量及光壓電磁場的動(dòng)量及光壓對(duì)孤立系統(tǒng)，則對(duì)孤立系統(tǒng)，則)(nVVaGGdtddVfdVgdtdAdTq 動(dòng)量密度動(dòng)量密度g及動(dòng)量流密度張量及動(dòng)量流密度張量T電磁場動(dòng)量電磁場動(dòng)量VdVgG由動(dòng)量守恒：由動(dòng)量守恒：單位時(shí)間從區(qū)域外通過界面單位時(shí)間從區(qū)域外通過界面A傳入的動(dòng)量傳入的動(dòng)量= V內(nèi)電磁內(nèi)電磁場的動(dòng)量變化率場的動(dòng)量變化率+V 內(nèi)電荷動(dòng)量變化率內(nèi)電荷動(dòng)量變化率通過矢量分析得：通過矢量分析得：BDg

25、a0AdT恒量nGG（動(dòng)量守恒）（動(dòng)量守恒）q 平面電磁波平面電磁波sv1HEBDg200瞬時(shí)值瞬時(shí)值vHv21vEv21sv1g200220022平均值平均值q 光壓光壓光具有能量是許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)的（光電效應(yīng)、光光具有能量是許多實(shí)驗(yàn)證實(shí)的（光電效應(yīng)、光熱等效應(yīng)）熱等效應(yīng)）光具有動(dòng)量光具有動(dòng)量 ? 光壓光壓動(dòng)量改變動(dòng)量改變 = = 沖量沖量 壓力壓力定性考慮定性考慮光照射金屬板，在電場作用下電光照射金屬板，在電場作用下電子將運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致子將運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致 。又運(yùn)。又運(yùn)動(dòng)電子將受洛倫茲力動(dòng)電子將受洛倫茲力)v(-e 0jHEBjBvef0壓力壓力vEkHfj0mvmv考慮垂直入射情況，設(shè)入射光能流密度為

26、考慮垂直入射情況，設(shè)入射光能流密度為S入入，出射為，出射為S出出定義反射系數(shù)定義反射系數(shù)1/inoutSS（大小同材料有關(guān)）（大小同材料有關(guān)）在反射過程中，在反射過程中， s, t內(nèi)，光動(dòng)量變化為內(nèi)，光動(dòng)量變化為沖量光施于物體表面的壓力wststvSvstvvSSstvggVgginoutinoutinoutin)1 (1)()()(22wP)1 (光壓光壓對(duì)一周期求平均，得到平均光壓強(qiáng)（光壓）對(duì)一周期求平均，得到平均光壓強(qiáng)（光壓）wP)1 (對(duì)全反射對(duì)全反射 = 1w2P 對(duì)全吸收對(duì)全吸收 = 0wP 暗物質(zhì)衛(wèi)星暗物質(zhì)衛(wèi)星（中國（中國2015-12-17發(fā)射，科大發(fā)射，科大BGO量能器）量能器）在CERN開展束流標(biāo)定實(shí)驗(yàn)暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星有效載荷結(jié)構(gòu)示意圖上海硅酸鹽所研制的600mm長BGO晶體高能粒子的高能粒子的“探測器探測器”：BGO鍺酸鉍，鍺酸鉍，Bi2O3-GeO2系化合物晶體縮寫。系化合物晶體縮寫。閃爍晶體，無色透明。：當(dāng)高能電子、閃爍晶體，無色透明。：當(dāng)高能電子、射線或