电磁波基础知识与拓展
电磁波的应用教案
电磁波的应用教案教案标题：电磁波的应用教学目标：1. 了解电磁波的基本概念和特性。
2. 掌握电磁波在日常生活中的应用。
3. 培养学生的实验设计和科学探究能力。
教学准备：1. 教师准备：电磁波的相关知识和实例、多媒体设备、实验器材。
2. 学生准备：教材、笔记本、实验报告本。
教学过程：Step 1：导入（5分钟）通过展示一些电磁波的应用实例，如手机通讯、微波炉、遥控器等，引起学生对电磁波的兴趣，并提出问题：“你知道这些现象背后是什么原理吗？”Step 2：概念讲解（15分钟）1. 教师简要介绍电磁波的概念和特性，包括电磁波的定义、分类、波长和频率的关系等。
2. 引导学生思考电磁波与光的关系，解释电磁波是一种横波，可以在真空中传播，而光就是一种电磁波。
3. 通过多媒体展示，让学生了解更多电磁波的种类和应用领域。
Step 3：小组讨论（10分钟）将学生分成小组，每个小组选择一个电磁波的应用进行讨论。
鼓励学生提出自己的观点和想法，并归纳总结各组的讨论结果。
Step 4：实验设计（15分钟）1. 引导学生思考如何设计一个实验来验证电磁波的传播特性。
2. 学生根据自己的讨论结果，设计一个简单的实验来观察电磁波的传播现象，并记录实验步骤和结果。
Step 5：实验展示与分析（15分钟）1. 学生依次展示自己的实验设计，并进行实验演示。
2. 教师和其他学生对实验进行观察和分析，讨论实验结果是否符合预期，以及可能的原因。
Step 6：知识拓展（10分钟）教师介绍更多电磁波的应用领域，如医学影像、雷达、卫星通信等，激发学生对电磁波的深入学习和探索的兴趣。
Step 7：总结与评价（5分钟）教师引导学生总结本节课所学内容，并对学生的表现进行评价和鼓励。
Step 8：作业布置（5分钟）布置作业：要求学生根据课堂所学，撰写一篇关于电磁波的应用的小论文，包括电磁波的基本概念和几个具体应用实例。
教学辅助：1. 多媒体设备：用于展示电磁波的相关图片和视频。
电磁波传播基础
电磁波传播基础
1. 电磁波的性质
- 电磁波是一种横波,由电场和磁场组成,相互垂直
- 电磁波在真空中以光速传播,在介质中速度略小于光速 - 电磁波具有波长、频率、振幅等特征参数
2. 电磁波的传播模式
- 电磁波可以在导体、介质和真空中传播
- 在导体中,电磁波以沿导体表面的导体波形式传播
- 在介质中,电磁波以体波形式传播,并遵循折射和反射规律 - 在真空中,电磁波以自由空间波形式直线传播
3. 电磁波的反射和折射
- 当电磁波入射到介质边界时,会发生反射和折射现象
- 反射和折射角度遵循斯涅尔定律
- 介质的电磁特性决定了反射和折射的程度
4. 电磁波的衍射和干涉
- 电磁波遇到障碍物或狭缝时会发生衍射现象
- 多个电磁波在空间叠加会产生干涉效应
- 衍射和干涉现象在许多应用中都有重要作用
5. 电磁波的极化
- 电磁波的电场振动方向定义了极化状态
- 常见的极化状态包括线极化、圆极化和椭圆极化
- 极化特性在通信和遥感等领域有重要应用
6. 电磁波的衰减和增强
- 电磁波在传播过程中会受到多种因素的影响而衰减
- 大气、障碍物和介质损耗都会导致电磁波衰减
- 天线和放大器等设备可以增强电磁波的强度
以上是电磁波传播基础的一些主要内容,包括电磁波的性质、传播模式、反射和折射、衍射和干涉、极化以及衰减和增强等方面。
了解这些基础知识对于研究和应用电磁波技术至关重要。
电磁场与电磁波基础知识总结
电磁场与电磁波基础知识总结静电场是指电场和电荷之间关系稳定不变的情况下的电磁场。
在静电场中，电场的强度由电荷及其分布决定，遵循库仑定律。
静磁场是指磁场和磁荷之间关系稳定不变的情况下的电磁场。
在静磁场中，磁场的强度由磁荷及其分布决定，遵循比奥-萨伐尔定律。
静电场和静磁场所产生的相互作用称为电磁感应。
变化电磁场是指电荷和磁荷随时间变化而产生的电磁场。
在变化电磁场中，电场和磁场相互作用、相互产生、相互影响，遵循麦克斯韦方程组。
电场和磁场的变化会引起彼此的变化，形成电磁波的传播。
电磁波是电磁场的一种特殊表现形式，它是由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传播方式。
电磁波是横波，垂直于电磁场传播方向的振动方向，传播速度等于真空中光速，约为3×10^8米/秒。
在电磁波中，电场和磁场的振幅相等、相位差为90°，并且电场和磁场的变化存在一定的关系，它们之间满足麦克斯韦方程组的关系式。
根据电磁波的频率范围，可以将电磁波分为射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
不同频率的电磁波所具有的性质和应用也不同，例如，微波可以用于通讯和加热食物，红外线可用于夜视和遥控等。
电磁场和电磁波在现代科学技术中有广泛的应用。
电磁波的发现和应用是无线通信、雷达、卫星通信、数字电视、手机等现代通讯技术的基础。
电磁波对物质的作用和能量的传递是放射治疗、医学诊断以及无线能量传输的基础。
电磁波与物质相互作用和散射形成了X射线检查、光电子学、红外光谱学等现代科学技术的核心原理。
总结起来，电磁场与电磁波是电磁学的基础知识。
电磁场是电场和磁场的总和，根据静态和动态特性可以分为静电场、静磁场和变化电磁场。
电磁波是电磁场的一种特殊表现形式，是由变化电磁场产生的能量传播方式。
电磁场和电磁波在现代科学技术中有广泛的应用。
深入理解和应用电磁场与电磁波的原理，对于掌握电磁学的基础知识和发展现代科学技术具有重要意义。
电磁场与电磁波的理论与应用
电磁场与电磁波的理论与应用电磁场与电磁波是电磁学中的重要概念，它们在现代科技与生活中有着广泛应用。
本文将围绕电磁场与电磁波的理论基础展开讨论，并探索它们在实际应用中的意义。
1. 电磁场的理论基础电磁场是由带电粒子周围的电荷所形成的一种物理场。
根据电场与磁场之间的相互作用，我们可以推导出麦克斯韦方程组，这是电磁场理论的基础。
麦克斯韦方程组包括四个方程式，分别是：高斯定律、高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定理。
这些方程式描述了电荷的分布、电流的产生和磁场的形成，从而揭示了电磁场的本质。
2. 电磁波的理论基础电磁波是指由变化的电场和磁场相互作用而形成的波动现象。
根据麦克斯韦方程组的推导，我们可以得到有关电磁波的方程式，即麦克斯韦方程的波动解。
其中，电磁波的传播速度等于光速，即300,000km/s。
根据频率和波长的不同，电磁波可以分为射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同类型。
3. 电磁场与电磁波的应用电磁场与电磁波的理论已广泛应用于各个领域，为人类的生活与科技进步做出了重要贡献。
3.1 通信领域电磁波在通信领域起着关键作用。
无线电通信、手机通讯、卫星通信等都依赖于电磁波的传输和接收。
通过合理的调制和解调信号，我们可以实现远距离的信息传递。
3.2 医学领域医学成像技术如X射线、磁共振成像（MRI）和超声波等都利用了电磁波在物质中的相互作用特性。
这些技术可以帮助医生进行诊断和治疗，为疾病的早期发现和治疗提供了可能。
3.3 物理学研究电磁场与电磁波在物理学研究中扮演着重要角色。
例如，研究电磁波的干涉和衍射现象可以揭示光的性质；通过电磁场的分析，可以研究电磁波与物质的相互作用规律。
这些研究对于理解自然界和推动科学发展具有重要意义。
3.4 能源领域电磁场与电磁波在能源领域也有广泛应用。
太阳能板利用光的电磁辐射转化为电能，而微波炉则是利用微波的电磁波来产生加热效果。
这些应用不仅改善了人们的生活质量，还为减少对化石燃料的依赖做出了贡献。
探索电磁波在遥感和探测中的应用
探索电磁波在遥感和探测中的应用在技术的快速发展和科学的不断进步中，电磁波在遥感和探测领域中扮演着重要角色。
本文将探索这些应用，并介绍电磁波在遥感和探测中的工作原理和实际应用。
一、电磁波基础知识为了更好地理解电磁波在遥感和探测中的应用，我们首先需要了解一些基础知识。
电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的能量波动。
根据波长的不同，电磁波可以分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
二、电磁波在遥感中的应用1. 无线电波和微波无线电波和微波在遥感中广泛应用于通信和雷达系统中。
无线电波和微波可以传输信息和信号，被用于无线电通信、卫星通信和雷达探测等领域。
此外，无线电波还可以用于监测大气层的温度和湿度，并提供气象预报信息。
2. 红外线红外线在热成像和红外探测中得到广泛应用。
红外线具有较长的波长，可以在夜间和低能见度环境下探测目标。
这使得红外相机和红外传感器成为许多应用中的理想选择，比如军事侦察、火灾监测和热成像等。
3. 可见光可见光是人眼可见的电磁波，因此在遥感中应用广泛。
可见光摄影和遥感技术可以捕捉到地表的真实图像，并提供大量的地理和环境信息。
这项技术可以用于绘制地图、农业监测、自然资源管理等领域。
三、电磁波在探测中的应用1. X射线X射线是一种高能电磁波，具有较短的波长和强能量穿透性。
因此，X射线在医学影像学中得到广泛应用。
X射线可以透过人体，捕捉到内部器官的影像信息，用于病理诊断和治疗计划。
2. γ射线γ射线是电磁波的一种高能形式，常用于放射治疗和核能研究。
γ射线在放射治疗中可以用于杀死肿瘤细胞，而在核能研究中可以用于检测和研究各种放射性物质。
四、电磁波应用的局限性和挑战尽管电磁波在遥感和探测领域中应用广泛，但也存在一些局限性和挑战。
首先，不同类型的电磁波只能提供特定范围内的信息，对于其他类型的信息可能不敏感。
此外，电磁波的传播和反射会受到大气、地貌等条件的影响，可能导致数据的不准确性。
电磁波传播基本知识和天线原理
一、电磁波传播基础知识
空间分集：单极化天线
极化分集：双极化天线
接 收 信 号 强 度
接收距离
一、电磁波传播基础知识
绕射传播
电波在传播途径上遇到障碍物时，总会力 图绕过障碍物，再向前传播。这种现象叫 做电波的绕射。
信号质量受到影响的程度不仅和接收天线 距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还 和频率有关，频率越高，建筑物越高、越 近，影响越大。相反，频率越低，建筑物 越矮、越远，影响越小。 因此，选择基站场地以及架设天线时，一定要考虑到绕射传播可能产生的 各种不利影响。 （要点：近处、水平/垂直主波束+/-10dB内无遮挡）
特殊应用中才会考察垂直面方向图的前后比，
比如基站背向区域有超高层建筑物。
后向功率
前向功率
三、天线主要性能参数
根据天线辐射参数对网络性能影响程度，可分类如下：
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
对网络的不同影响程度
满足网络覆盖要求的基础指标
天线参数
水平面波束宽度、波束偏移及方向图一致性 垂直面波束宽度及电下倾角度 前后比 增益
能够提升网络通信质量的辅助指标
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
下零点填充 方向图圆度
三、天线主要性能参数
半功率波束宽度：在方向图主瓣范围内，相对最大辐射方向功率密
京信通信 未来无限延伸
一、 电磁波传播基础知识 二、天线辐射原理 三、天线主要性能参数 四、天线分类
二、天线辐射原理
天馈系统简介
电磁场与电磁波基础知识总结
电磁场与电磁波总结第一章一、矢量代数 A ∙B =AB cos θA B ⨯=AB e AB sin θA ∙(B ⨯C ) = B ∙(C ⨯A ) = C ∙(A ⨯B )()()()C A C C A B C B A ⋅-⋅=⨯⨯二、三种正交坐标系 1. 直角坐标系 矢量线元x y z =++le e e d x y z矢量面元=++Se e e x y z d dxdy dzdx dxdy体积元d V = dx dy dz 单位矢量的关系⨯=e e e x y z ⨯=e e e y z x ⨯=e e e z x y2. 圆柱形坐标系 矢量线元=++l e e e z d d d dz ρϕρρϕl 矢量面元=+e e z dS d dz d d ρρϕρρϕ体积元dz d d dVϕρρ=单位矢量的关系⨯=⨯⨯=e e e e e =e e e e zz z ρϕϕρρϕ3. 球坐标系 矢量线元d l = e r d r e θr d θ+e ϕr sin θd ϕ矢量面元d S = e r r 2sin θd θd ϕ体积元ϕθθd drd r dVsin 2=单位矢量的关系⨯=⨯⨯=e e e e e =e e e e r r r θϕθϕϕθ三、矢量场的散度和旋度 1. 通量与散度=⋅⎰A SSd Φ0lim∆→⋅=∇⋅=∆⎰A S A A Sv d div v2. 环流量与旋度=⋅⎰A l ld Γmaxn 0rot =lim∆→⋅∆⎰A lA e lS d S3. 计算公式∂∂∂∇=++∂∂∂⋅A y x z A A A x y z11()z A A A z ϕρρρρρϕ∂∂∂∇=++∂∂∂⋅A 22111()(sin )sin sin ∂∂∂∇=++∂∂∂⋅A r A r A A r r r r ϕθθθθθϕxy z∂∂∂∇⨯=∂∂∂e e e A x y z x y zA A A 1zzzA A A ρϕρϕρρϕρ∂∂∂∇⨯=∂∂∂e e e A 21sin sin r r zr r A r A r A ρϕθθθϕθ∂∂∂∇⨯=∂∂∂e e e A4. 矢量场的高斯定理与斯托克斯定理⋅=∇⋅⎰⎰A S A SVd dV⋅=∇⨯⋅⎰⎰A l A S lSd d四、标量场的梯度 1. 方向导数与梯度00()()lim∆→-∂=∂∆l P u M u M u ll 0cos cos cos ∂∂∂∂=++∂∂∂∂P u u u ulx y zαβγcos ∇⋅=∇e l u u θgrad ∂∂∂∂==+∂∂∂∂e e e +e n x y zu u u uu n x y z2. 计算公式∂∂∂∇=++∂∂∂e e e xy z u u u u x y z 1∂∂∂∇=++∂∂∂e e e z u u u u z ρϕρρϕ11sin ∂∂∂∇=++∂∂∂e e e r u u uu r r r zθϕθθ 五、无散场与无旋场1. 无散场()0∇⋅∇⨯=A =∇⨯F A2. 无旋场()0∇⨯∇=u -u =∇F 六、拉普拉斯运算算子 1. 直角坐标系22222222222222222222222222222222∂∂∂∇=++∇=∇+∇+∇∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∇=++∇=++∇=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂A e e e x x y y z zyyyx x x z z z x y zu u uu A A A x y zA A A A A A A A A A A A x y z x y z x y z，，2. 圆柱坐标系22222222222222111212⎛⎫∂∂∂∂∇=++ ⎪∂∂∂∂⎝⎭∂∂⎛⎫⎛⎫∇=∇--+∇-++∇ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭A e e e z z u u uu zA A A A A A A ϕρρρρϕϕϕρρρρρϕρρϕρρϕ3. 球坐标系22222222111sin sin sin ⎛⎫∂∂∂∂∂⎛⎫∇=++ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭u u uu r r r r r r θθθϕθϕ ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+-∂∂+∇+⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂--∂∂+∇+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-∂∂---∇=∇ϕθθθϕθϕθθθθϕθθθθϕϕϕϕθθθϕθθA r A r A r A A r A r A r A A r A r A r A r A r r r r r 222222222222222222sin cos 2sin 1sin 2sin cos 2sin 12sin 22cot 22e e e A 七、亥姆霍兹定理如果矢量场F 在无限区域中处处是单值的，且其导数连续有界，则当矢量场的散度、旋度和边界条件（即矢量场在有限区域V’边界上的分布）给定后，该矢量场F 唯一确定为()()()=-∇+∇⨯F r r A r φ其中1()()4''∇⋅'='-⎰F r r r r V dV φπ1()()4''∇⨯'='-⎰F r A r r r V dV π第二章一、麦克斯韦方程组 1. 静电场 真空中：001d ==VqdV ρεε⋅⎰⎰SE S （高斯定理） d 0⋅=⎰l E l 0∇⋅=E ρε0∇⨯=E 场与位：3'1'()(')'4'V dV ρπε-=-⎰r r E r r r r ϕ=-∇E 01()()d 4πV V ρϕε''='-⎰r r |r r |介质中：d ⋅=⎰D S Sqd 0⋅=⎰lE l ∇⋅=D ρ0∇⨯=E极化：0=+D E P εe 00(1)=+==D E E E r χεεεε==⋅P e PS n n P ρ=-∇⋅P P ρ2. 恒定电场 电荷守恒定律：⎰⎰-=-=⋅Vsdv dtd dt dq ds J ρ0∂∇⋅+=∂J tρ传导电流与运流电流：=J E σρ=J v恒定电场方程：d 0⋅=⎰J S Sd 0⋅=⎰J l l 0∇⋅=J 0∇⨯J =3. 恒定磁场 真空中：0 d ⋅=⎰B l lI μ（安培环路定理） d 0⋅=⎰SB S 0∇⨯=B J μ0∇⋅=B场与位：03()( )()d 4π ''⨯-'='-⎰J r r r B r r r VV μ=∇⨯B A 0 ()()d 4π'''='-⎰J r A r r r V V μ 介质中：d ⋅=⎰H l lId 0⋅=⎰SB S ∇⨯=H J 0∇⋅=B磁化：0=-BH M μm 00(1)=+B H =H =H r χμμμμm =∇⨯J M ms n =⨯J M e4. 电磁感应定律() d d in lC dv B dl dt ⋅=-⋅⨯⋅⎰⎰⎰SE l B S +）（法拉第电磁感应定律∂∇⨯=-∂B E t5. 全电流定律和位移电流全电流定律： d ()d ∂⋅=+⋅∂⎰⎰D H l J S lSt∂∇⨯=+∂DH J t 位移电流：d=DJ d dt6. Maxwell Equationsd ()d d d d d 0∂⎧⋅=+⋅⎪∂⎪∂⎪⋅=-⋅⎪∂⎨⎪⋅=⎪⎪⋅=⎪⎩⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰D H J S B E S D S B S lS l SS V Sl tl t V d ρ 0∂⎧∇⨯=+⎪∂⎪∂⎪∇⨯=-⎨∂⎪∇⋅=⎪⎪∇⋅=⎩D H J BE D B t t ρ()()()()0∂⎧∇⨯=+⎪∂⎪∂⎪∇⨯=-⎨∂⎪∇⋅=⎪⎪∇⋅=⎩E H E H E E H t t εσμερμ 二、电与磁的对偶性e m e m eme e m m e e m mm e 00∂∂⎫⎧∇⨯=-∇⨯=⎪⎪∂∂⎪⎪∂∂⎪⎪∇⨯=+∇⨯=--⎬⎨∂∂⎪⎪∇=∇=⎪⎪⎪⎪∇=∇=⎩⎭⋅⋅⋅⋅B D E H DB H J E J D B D B t t&tt ρρm e e m ∂⎧∇⨯=--⎪∂⎪∂⎪∇⨯=+⇒⎨∂⎪∇=⎪⎪∇=⎩⋅⋅B E J D H J D B t t ρρ 三、边界条件1. 一般形式12121212()0()()()0n n S n Sn σρ⨯-=⨯-=→∞⋅-=⋅-=（）e E E e H H J e D D e B B2. 理想导体界面和理想介质界面111100⨯=⎧⎪⨯=⎪⎨⋅=⎪⎪⋅=⎩e E e H J e D e B n n S n S n ρ12121212()0()0()0()0⨯-=⎧⎪⨯-=⎪⎨⋅-=⎪⎪⋅-=⎩e E E e H H e D D e B B n n n n 第三章一、静电场分析 1. 位函数方程与边界条件 位函数方程：220∇=-∇=ρφφε电位的边界条件：121212=⎧⎪⎨∂∂-=-⎪∂∂⎩s nn φφφφεερ111=⎧⎪⎨∂=-⎪∂⎩s const nφφερ（媒质2为导体） 2. 电容定义：=qCφ两导体间的电容：=C q /U 任意双导体系统电容求解方法：3. 静电场的能量N 个导体：112ne i i i W q φ==∑连续分布：12e VW dV φρ=⎰电场能量密度：12ω=⋅D E e二、恒定电场分析1.位函数微分方程与边界条件位函数微分方程：20∇=φ边界条件：121212=⎧⎪⎨∂∂=⎪∂∂⎩nn φφφφεε12()0⋅-=e J J n 1212[]0⨯-=J J e n σσ 2. 欧姆定律与焦耳定律欧姆定律的微分形式： =J E σ 焦耳定律的微分形式： =⋅⎰E J VP dV3. 任意电阻的计算2211d d 1⋅⋅====⋅⋅⎰⎰⎰⎰E lE l J S E SSSU R G I d d σ（L R =σS ） 4.静电比拟法：G C —，σε—2211⋅⋅===⋅⋅⎰⎰⎰⎰D S E S E lE lS S d d qC Ud d ε2211d d d ⋅⋅===⋅⋅⎰⎰⎰⎰J S E SE lE lS S d I G Uσ三、恒定磁场分析 2211⋅⋅===⋅⋅⎰⎰⎰⎰D S E S E lE lS S d d qC Ud d ε1. 位函数微分方程与边界条件矢量位：2∇=-A J μ12121211⨯⨯⨯A A e A A J n s μμ()=∇-∇=标量位：20m φ∇=211221∂∂==∂∂m m m m n nφφφφμμ 2. 电感定义：d d ⋅⋅===⎰⎰B S A lSlL IIIψ0=+i L L L3. 恒定磁场的能量N 个线圈：112==∑Nmj j j W I ψ连续分布：m 1d 2=⋅⎰A J V W V 磁场能量密度：m 12ω=⋅H B第四章一、边值问题的类型（1）狄利克利问题：给定整个场域边界上的位函数值()=f s φ （2）纽曼问题：给定待求位函数在边界上的法向导数值()∂=∂f s nφ（3）混合问题：给定边界上的位函数及其向导数的线性组合：2112()()∂==∂f s f s nφφ （4）自然边界：lim r r φ→∞=有限值二、唯一性定理静电场的惟一性定理：在给定边界条件（边界上的电位或边界上的法向导数或导体表面电荷分布）下，空间静电场被唯一确定。
电磁波的基础
电磁波的基础电磁波是一种由电场和磁场相互作用而形成的波动现象，也称为电磁辐射。
电磁波具有振幅、频率、波长等基本特征。
根据频率的不同，电磁波可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和γ射线等七类。
电磁波广泛应用于通信、电视、雷达、医疗、能源等众多领域。
下面我们就来详细了解一下电磁波的基础知识。
电磁波的起源1873年，英国科学家麦克斯韦首次提出了电磁波的基本理论，即“麦克斯韦方程组”。
方程组表明，电场和磁场是相互依存、相互变化的，它们可以互相转化，形成电磁波传播的过程。
这一理论的发现被认为是电磁学的重大突破，为电磁波的应用奠定了理论基础。
电磁波的特性电磁波有许多特性，其中包括波长、振幅、频率、速度、极化等。
不同类型的电磁波具有不同的特征。
波长波长是指电磁波振荡一次所需的距离，用λ 表示。
波长与频率呈反比例关系，频率越高，波长越短。
不同种类的电磁波有不同的波长。
振幅振幅是电磁波的最大偏移距离，它决定了电磁波的强弱。
振幅越大，产生的电磁波就越强。
频率频率是指电磁波的振动次数，用 f 表示。
频率越高，振动次数越多，电磁波的能量越大。
不同种类的电磁波的频率不同。
速度电磁波在空气或真空中的传播速度为光速，约为3×10^8 米/秒。
电磁波在不同介质中传播速度不同。
传播速度跟波长和频率有关系，速度与波长成反比例关系，与频率成正比例关系。
极化极化是指电磁波传播时电场矢量或磁场矢量的方向产生的变化。
电磁波可以是线偏振、圆偏振，或无极化。
电磁波的传播电磁波是通过电场和磁场相互作用而传播的。
当电场发生变化时，就产生了磁场，磁场的变化又会对电场产生影响，这样一直交替下去，最终形成电磁波。
电磁波可以在空气或真空中传播，也可以在介质中传播。
电磁波的应用电磁波具有广泛的应用价值，它是现代科技发展的重要支撑。
无线电、电视、雷达等设备的研发和应用，都依赖于电磁波的传播和特性。
医学方面也使用了电磁波进行影像诊断和治疗。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
t 2 x2
2Hy 1 2Hy
t 2 x2
E 和 H 各自沿 y 和 z 的两个分量彼此独立 若 E 仅有 y 分量，则H 对应的只有z 分量 （若 E 仅有 z 分量，则H 对应的只有y分量）
电场和磁场彼此正交
8
变化电磁场 E 和H 是以波动形式传播 电磁波是横波 电场和磁场彼此正交
24
五、电磁波的辐射
任何振动电荷或电荷体系都是发射电磁波的 波源 如LC振荡电路的电流、原子或分子中电荷的振动都会在其 周围空间产生（发射）电磁波
电磁理论证明, 振荡偶极子在单位时间内辐射的能量与频率的 四次方成正比 为有效辐射电磁能量，要求： 提高回路振荡频率、开放电路
f 1
2 LC
C 0S
d
四、电磁波的动量
电磁场是客观存在的物质，具有质量、能量和动量
根据质能关系 E mc2
电磁场的质量 M W c2 , W —电磁能量
单位体积中电磁场的质量（质量密度）
m w c2 ,
w —单位体积的电磁能量
（电磁能量密度）
单位体积中电磁场的动量（动量密度）
（真空电磁波波速为c）
g mc (w c2 )c w c
H 0
H x H y H z 0 x y z
3
E
E
B
t
H t
Ez y
Ey z
H x t
Ex z E y
x
Ez
x Ex
y
H y
t H z t
H
D t
H
E t
H z y
H y z
Ex t
H x z H y
x
H z x H x y
dl—底面积为dA的柱体的高 （dt内传播距离）
dl P点处的辐射强度S
小柱中的电磁能量为w dA dl
S
w dA dl dA dt
wu
辐射能量密度w 以速度u传播
S wu u ( E 2 H 2 )
2
15
利用 E H , u 1 得
S 1 ( E H H E) EH 2
沿 x 轴正方向传播的平面电磁波
电磁波是横波
电场和磁场矢量的 x 分量都为零
电场振动和磁场振动都与传播方向正交
考虑满足波动方程的沿 x 轴正方向传播的电场(y分量)特解
Ey
E0
cos[(t
x) u
0 ]
磁场只有ｚ分量，且满足方程
Ey H z ,
x
t
Hz
1
Ey dt x
E0 u
sin[
(t
辐射能的传播方向（电磁波的传播方向）、E 的振动方向
及H 的振动方向三者相互垂直
辐射强度用矢量式表示为
S EH
E
辐射强度矢量S 也称为
坡印廷（J. H. Poynting）矢量
其方向就是电磁波的传播方向
S
H
16
考虑在真空中传播的平面余弦电磁波的情形，E和H为
E E0 cost x u 0 H H0 cost x u 0
E H
11
E
u
平面简谐电磁波的传播
H0
x
电磁波的一般性质
（1）电磁波是横波，电磁波的电场和磁场都垂直于波的传播 方向，三者相互垂直，三者方向构成右手螺旋关系
（2）沿给定方向传播的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振 动，这种特性称为偏振
（3）E 和H 作周期性变化，而且相位相同（即同地同时达 到最大，同地同时减到最小）——空间和时间上同步变化
E y t Ez t
4
讨论电磁场沿 x 方向传播的一维问题
场量E 和 H 是 坐标 x 和时间 t 的函数，而与坐标 y， z 无关 E E(x,t) , H H (x,t)
E 和H 分量对y，z 的偏导数等于零
(I ) Ex Ey Ez 0 x y z
Ex 0 x
Ez Ey H x
解 (1)辐射强度 在单位时间内通过垂直于传播方向的
单位面积的辐射能
在距电台r =10km处,辐射强度的平均值为
S
P
2 r 2
2
15 103 (10103 )2
J
/(m2
s)
2.39 105 J/(m2 s)
(2)由
S 0cE02
2,
S
0cH
2 0
2得
E0 2S 0c 0.134 V/m
5
(III ) Ey Ex H z
x y
t
H x H z Ey
z x
t
(IV ) Ex Ez H y
z x
t
H y H x Ez
x y
t
Ey H z ,
x
t
H z Ey ,
x
t
Ez H y ,
x
t
H y Ez ,
x
t
描写随时间和空间变化的电磁场量
§116 电磁波
变化的电场和变化的磁场不断地交替激励产生，由近及远 以有限的速度 在空间传播，形成电磁波 麦克斯韦在理论上预言，1887年赫兹实验证实
1
麦克斯韦方程组
积分形式
微分形式
D dS V dV
D
S
B dS 0
B 0
S
E
L
H
L
dl
dl
S
B t
(
S
dS
D t
H0 2S 0c 4.47 108 A/m
19
例3 证明圆形平板电容器充电时每单位时间內从側面输入的电
磁能正好等于所储能量随时间的增加率。
I
S
H
E
+q -q
S
I
S：单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能
S EH
单位时间从侧面输入的电磁能 P (E H ) dS 20
g
S c2
(S wc) （真空中） 22
动量流密度 在单位时间内，通过垂直于传播方向的单位面积的电磁动量
(w c)c w
辐射压力
电磁波入射到一物体上，伴随着动量的传递，对物体 表面产生压力 — 辐射压力 当电磁波垂直入射且被全部吸收时
单位面积所受的辐射压力 p S c
当垂直入射且被全部被反射时
电磁能量密度
w=0E2=8.8510-12502J/m3=2.2110-8J/m3
辐射强度 S=E H=500.134J/(m2s)=6.7J/(m2s)
18
例2 11-8
某广播电台的平均辐射功率 P 15kW。假定辐射出来的
能流均匀地分布在以电台为中心的半个球面上，(1)求在 离电台为r =10km处的辐射强度；(2)在r =10km处一个小 的空间范围内电磁波可看作平面波,求该处电场强度和磁 场强度的振幅。
)
dS
E H
B
t
D
t
D E
介质物性方程
B H j E
2
一、平面电磁波的波动方程
无限大均匀绝缘介质（或真空）
没有自由电荷，也不存在自由电荷的定向运动
电荷密度 = 0，电流密度 j =0
介电常量 和磁导率 是常量
D E 0 E 0
B H 0
Ex Ey Ez 0 x y z
某方向电场 （或磁场）时间变化率与其方向 垂直的磁场 （或电场）空间变化率相联系
6
考虑
(III ) Ey H z ,
x
t
H z Ey ,
x
t
将方程 (III) 中的第一式对 x 求偏导数，第二式对 t
求偏导数，联立消去Hz，可得到
2Ey 1 2Ey
t 2 x2
关于电场 y 分量 Ey 的波动方程
22
1 ( E 2 H 2 )
2
E2 H2
( E H )
辐射能量的传播速度是电磁波的传播速度
辐射能的传播方向是电磁波的传播方向
14
2、能流密度（辐射强度）、坡印廷矢量 单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的辐射能， 称为能流密度或辐射强度 空间某点辐射强度的计算
波速u
dA
P
dA—P 点处垂直于电磁波 传播方向的面积元
将方程(III)中的第一式对 t 求偏导数，第二式对 x 求偏导数，联立消去Ey,可得到：
2Hz 1 2Hz
t 2 x2
关于磁场 z 分量 Hz 的波动方程
变化电磁场 Ey 和Hz 是以波动形式传播
7
由 (IV ) Ez H y ,
x
t
H y Ez ,
x
t
可得类似的关于 Ez 和Hy 的偏微分方程
y z
t
H x 0 t
(II ) H x H y H z 0 x y z
H z H y Ex
y z
t
H x 0 x
Ex 0 t
Ex 0 , Hx 0
电磁波的振动方向垂直于传播方向
与传播方向平行 的场量不随时间 和空间变化
不属于变化的电 磁波，稳恒部分， 可假定为零
电磁波是横波
L 0n2V
C: 增加电容器极板间距d、
缩小极板面积S L: 减少线圈匝数
电偶极子天线的形成
振荡偶极子 电流在直线形电路中往复振荡，两端出现
正负交替的等量异号电荷
25
赫兹在1888年采用振荡偶极子，实现了电磁 波的发送和接收，验证了麦克斯韦电磁场理 论的正确性
赫兹
26
振荡偶极子周围电磁场的定性介绍 设振荡偶极子有一对等量异号电荷组成，其距离随时间按 余弦规律变化，则其电偶极矩也按余弦规律变化
x u
)
0