電磁波的產(chǎn)生和傳播

1、 12-7 電磁波的產(chǎn)生(chnshng)和傳播 Maxwell預言：變化的電場和變化的磁場互相(h xing)依存、又互相(h xing)激發(fā), 并以有限的速度在空間傳播，就是電磁波。 EEEEHHHH1共二十七頁1、電磁振蕩(din c zhn dn)現(xiàn)象LC振蕩電路 在任意瞬間，在L中產(chǎn)生的自感電動勢總是(zn sh)與C兩板上的電勢差守恒，即：將 代入上式一、從電磁振蕩到電磁波2共二十七頁其中：振蕩圓頻率間諧電磁振蕩過程(guchng)中任一瞬間的能量：解得：3共二十七頁 該式說明，在間諧電磁振蕩電路中，盡管電場(din chng)能和磁場能隨時間改變，但總的電磁能卻是恒定的，其大小等

2、于初始時電源給電容器充電的能量。2. 產(chǎn)生(chnshng)電磁波的條件 發(fā)射電磁波須具備兩個條件: 一是振蕩頻率要高，二是電路要開放。根據(jù) 提高頻率，須減小線圈自感L和電容C4共二十七頁根據(jù)減少線圈的匝數(shù)，增加電容器兩極(lingj)板的距離5共二十七頁開放電路，不讓場和能集中(jzhng)在電容器和線圈之中，而要分散到空間去。LC+-+-+-偶極振子 LC振蕩電路演變?yōu)橐桓睂Ь€，電流往返(wngfn)振蕩，兩端出現(xiàn)正負交替變化的等量異號電荷，此電路就稱為振蕩偶極子，或偶極振子(dipole oscillator) 。以偶極振子為天線可有效地在空間激發(fā)電磁波。6共二十七頁二、電磁波的輻射(

3、fsh) 兩個小球相距l(xiāng) ，帶有等量異號電荷(dinh)，則系統(tǒng)的電偶極矩為：+-+q-ql 如果小球的電荷不變，l 作正弦變化，則p也作正弦變化 如果小球的相對位置不變，小球的電荷作正弦變化，則：7共二十七頁 坐標原點處有一偶極振子，當rl，且r（ 為輻射(fsh)的電磁波波長）時，求圖中M點的電磁場。分析(fnx)偶極振子產(chǎn)生的電磁場8共二十七頁 即電場只有 分量， 磁場只有 分量。式中 表示 P 對t 的二階導數(shù)。9共二十七頁3、E和 H 的振幅都與r成反比。在半徑(bnjng)為r 的球面上具有相同的位相，即波振面為球面；410共二十七頁三、電磁波的性質(zhì)(xngzh)1、電磁波是橫波(

4、hngb)；2、電矢量與磁矢量垂直，H E；11共二十七頁*四、赫茲(hz)實驗(Hertzian experiment) 赫茲利用電容器充電后通過火花隙放電(fng din)會產(chǎn)生振蕩的原理，做成振蕩器。 赫茲實驗在人類歷史上首次發(fā)射和接收了電磁波，且通過多次實驗證明了電磁波與光波一樣能夠發(fā)生反射、折射、干涉、衍射和偏振，驗證了麥克斯韋預言，揭示了光的電磁本質(zhì)，從而將光學與電磁學統(tǒng)一起來。 TDCP:KQ12共二十七頁四、電磁波的波譜(bp)(spectrum of electromagnetic wave) 真空中電磁波具有相同的傳播速度。將各種電磁波按照頻率或波長的大小(dxio)順序排

5、列起來形成波譜。 13共二十七頁 (1) 無線電波:波長于3km1mm，3km50m中波波段，50m10m短波波段, 10m1mm微波波段。常用(chn yn)于廣播、電視、通訊和雷達。 (2) 紅外線:波長處于十分之幾毫米至760nm之間。紅外線具有顯著的熱效應，也稱為(chn wi)熱線。 (3) 可見光:波長760nm400nm；(4) 紫外線:波長400nm5nm；(5) X射線:波長10nm10-2nm，有較強的穿透力；(6) 射線:波長從10-2 nm至無限短，有極強穿透力。 整個電磁波波譜上大致可以劃分成如下區(qū)域：14共二十七頁點擊深色鍵返回(fnhu)原處15共二十七頁 習 題

6、11-1 將一條(y tio)形磁鐵插入一閉合線圈，線圈中將產(chǎn)生感應電動勢。問在磁鐵與線圈相對位置相同的情況下，迅速插入和緩慢插入線圈中所產(chǎn)生的感應電動勢是否相同？感應電流是否相同？因電磁感應所產(chǎn)生的總電量是否相同？ 16共二十七頁11-4 將一條形磁鐵插入電介質(zhì)環(huán)中，環(huán)內(nèi)會不會產(chǎn)生感應(gnyng)電動勢？會不會產(chǎn)生感應(gnyng)電流？環(huán)內(nèi)還會發(fā)生什么現(xiàn)象？ 17共二十七頁11-5 讓一塊條形磁鐵順著一根很長的豎直銅管下落(xilu)，若忽略空氣阻力，磁鐵將作何種運動？ 18共二十七頁 11-6 用題11-6圖中的裝置可以觀察電磁感應現(xiàn)象。導體環(huán)A是閉合的，而導體環(huán)B有一缺口，兩環(huán)用細桿

7、連接，用豎直頂針支其中心點O，使兩環(huán)可繞點O在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。當用磁性很強的條形磁鐵插入環(huán)A時，發(fā)現(xiàn)環(huán)向后退(hutu)，而插入環(huán)B時，環(huán)不動。試解釋所觀察到的現(xiàn)象。 19共二十七頁11-9 有一半徑為r的金屬圓環(huán)，電阻(dinz)為R，置于磁感應強度為B的勻強磁場中。初始時刻環(huán)面與B垂直，后將圓環(huán)以勻角速度繞通過環(huán)心并處于環(huán)面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn) / 2。求： (1) 在旋轉(zhuǎn)過程中環(huán)內(nèi)通過的電量； (2) 環(huán)中的電流； (3) 外力所作的功。解 (1) 在旋轉(zhuǎn)過程(guchng)中環(huán)內(nèi)通過的電量為20共二十七頁 (2) 根據(jù)題意(t y)，環(huán)中的磁通量可以表示為 故感應電動勢為(3) 外力所作的功

8、，就是外力矩(l j)所作的功。在圓環(huán)作勻角速轉(zhuǎn)動時，外力矩(l j)的大小與磁力矩(l j)的大小相等，故力矩(l j)為 21共二十七頁外力矩(l j)克服磁力矩(l j)所作的功為 外力矩作的功應等于圓環(huán)電阻上消耗(xioho)的能量，故有22共二十七頁11-22 由細導線繞制成的邊長為a的n匝正方形線圈，可繞通過其相對兩邊中點的鉛直軸旋轉(zhuǎn)，在線圈中通以電流I，并將線圈放于水平取向的磁感應強度為B的勻強磁場中。求當線圈在其平衡位置附近作微小(wixio)振動時的周期T。設線圈的轉(zhuǎn)動慣量為J，并忽略電磁感應的影響。 解 設線圈(xinqun)平面法線與磁感應強度B成一微小夾角，線圈所受力矩

9、為 23共二十七頁根據(jù)轉(zhuǎn)動定理，有負號表示L的方向(fngxing)與角加速度的方向(fngxing)相反。 或?qū)憺榱?4共二十七頁 因為(yn wi)是常量，所以上式是標準的簡諧振動方程，立即可以得到線圈的振動周期，為25共二十七頁基本(jbn)要求 l. 法拉第電磁感應定律和楞次定律是電磁感應現(xiàn)象所遵從的基本規(guī)律，要求深入理解，并能熟練地運用它們分析有關(yugun)現(xiàn)象；理解互感和自感現(xiàn)象的規(guī)律，掌握其計算方法； 2. 磁場對電流的作用反映在磁場對通電導線的作用、對載流平面線圈的作用，以及帶電粒子在磁場中的運動等方面，應熟練掌握之； 3. 掌握渦旋電場和位移電流兩個基本概念，掌握麥克斯韋方程組的兩種表示形式，了解電磁波的產(chǎn)生和傳播，掌握簡諧平面電磁波的主要特性； 4. 正確理解電磁波的產(chǎn)生和傳播26共二十七頁內(nèi)容摘要12-7 電磁波的產(chǎn)生和傳播。Maxwell預言：變化的電場(din chng)和變化的磁場互相依存、又互相激發(fā), 并以有限的速度在空間傳播，就是電磁波。一是振蕩頻率要高，二是電路要開放。減少線圈的匝數(shù)，增加電容器兩極板的距離。兩個小球相距l(xiāng) ，帶有等量異號電荷，則系統(tǒng)的電偶極矩為：。r（ 為輻射的電磁波波