第17章电磁波.ppt

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1、动画,上节课的主要内容,1.干涉的特例驻波,驻波波动方程,（1）各点作谐振动,但振幅不同,（3）相邻波节间各点同相,波节两侧各点反相,（2）振动状态不传播,波形不动,（4）驻波中没有净能量传递,能流密度为0,特征：,1 各质点位移达到最大时,动能为零,势能最大;,2 当各质点回到平衡位置时,全部势能为零；动能最大。动能集中在波腹,势能集中在波节,在波节处相对形变最大 在波腹处相对形变最小,讨论：,2.声波的多普勒效应,两者靠近,都取上面符号;反之都取下波源追人,上下都取减号;反之都取加,上节课的主要内容,注：,只须将速度在连线上的分量代入公式,光波的多谱勒效应,（2）声波的多谱勒效应可否用到光

2、波上,？,设光源和接收器的相对速度V,（1）若观察者与波源的运动不在两者的连线上,例1.利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频 率为=100kHz的超声波,当汽车向波源行驶 时，与波源安装在一起的接收器接收到从汽 车反射回来的波的频率为110kHz。已知空气中的声速u330m/s，求车速。,9,1交通上测量车速,多普勒效应的应用,解（1）车为接收器,车速,（2）车为波源,10,5跟踪地球卫星,1交通上测量车速,2医学上用于测量血流速度,3天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论；,4用于贵重物品、机密室的防盗系统,多普勒效应的应用,12,跟踪站,第十七章电磁振荡,电磁波,与,一、电磁振荡,二、电磁

3、波的发射和传播,内容提要,第17章 电磁振荡与电磁波,一、LC电路的电磁振荡,1.无阻尼自由振荡过程,振荡电路：由电感L和电容C组成的回路.,无阻尼振荡电路：电路无电阻、无辐射、产生的电磁振荡是 无阻尼自由振荡。,（1）振荡过程,LC振荡,设t=0时,1,i,放电,自感作用i逐渐,q,We,Wm,放电完毕,电流本应终止。因自感作用，产生与原来方向相同电流，反向充电 q We Wm。,We,Wm,Wmmax,Wemax,We0,Wm0,Wemax,Wm0,反向放电，电流与原方向相反。因自感作用，,i逐渐 q,We Wm,放电完毕,电流本应终止。因自感作用,产生与原来方向相同的电流，电容器重新充电

4、,t=T时,回到 t=0 的状态,i,2,动画,任一时刻 t，LC电路中的总能量:,振荡方程,其解,（2）振荡方程,那么,W=Wm+We,=0,即,其变化与弹簧振子类似,谐振动！,3,=常量,（1）无阻尼自由振荡是谐振荡,（2）特征量的求法与弹簧振子相同,（3）电流 i 比电量q 超前 的位相,4,由初始条件可得,电磁振荡的实质：电路中电量和电流的周期性变化!,结论,（4）电磁振荡中q、I、We、Wm都在周期性变化,2.LC振荡电路的能量,电能极大值,注意：,(电荷振幅),磁能极大值,（2）能量变化的频率是振荡频率的 2 倍,并且:,(电流振幅),（1）W总,或 W总,5,总,3.LCR 电路

5、,阻尼振荡,（1）电路,（2）方程,化简,令,即,比较,6,阻尼振荡方程,（1）弱阻尼,频率,准周期,（2）受迫振荡,电流产生共振,最大值,电共振,外加电源对系统始终做正功,7,动画,二、电磁波的产生和传播,根据麦克斯韦理论：,H,E,变化的磁场与变化的电场互相激发从而形成电磁波,1.电磁波产生的条件,只要波源,电磁振荡源,图示LC振荡电路能否作为电磁波源？,电场、磁场分别集中在电容器、自感线圈中。,太低,辐射功率很小。,8,NO！,赫兹实验：,2 提高,1 开放电路,利用电偶极子产生电磁振荡,发射天线发射电磁波。,2.振荡偶极子发射的电磁波,发射天线上电流在往复振荡,两端出现正、负交替等量异

6、号电荷：,电路存在振荡偶极子,9,结论：,将两端的电荷q0看成不变,而是距离,变化,10,0,振荡偶极子周围的电磁场,11,球面波,3.电磁波的波函数,振荡电偶极子向周围空间(各向同性的介质)发射的电磁波是球面波.,12,（1）球面波,沿经线振荡,沿纬线振荡,特点：,1 横波,2,最大,演示,（2）平面波（球面波在远处可以看成平面波）,波动方程:,13,其中,动画,性质：,2,3,或,电磁波的频率,等于偶极子的振动频率。,注:,真空中,例1.已知真空中电磁波的电场表达式,求（1）的振幅、频率、波长、传播方向？,（2）的表达式?,解：,沿z 正向传播,x,y,z,14,（2）,且,沿 y轴振动,（1）,讨论：若波沿z轴反向传播,方程如何？,其中,15,4.电磁波的能量,（2）能流密度矢量（坡印廷矢量）,（1）能量密度,平均能流密度,16,光强正比于振幅的平方,光强,（1）对球面波：,注意：,17,沿偶极子方向辐射为零，垂直于偶极子方向辐射最强。,（2）,（3）S 不仅适用于变化的电磁场,也适用于稳恒场。,在稳恒场中，电磁能也是场传播的。,例：直流电路中的能量传递。,电源,R,+,负载,结论：,1电源的能量是通过电磁场从电源的侧面传出,2电阻消耗的能量是通过电磁场从电阻侧面传入,导线起引导场能的作用,18,