第4章平面电磁波传播第1讲
第四章平面电磁波传播
第一讲
赛北412-1
郎婷婷
langtingting@
主要内容
4.1 绝缘介质中的单色平面波
*4.2 导电介质中的单色平面波
4.3 电磁波在两种绝缘介质分界面
上的反射和折射
4.4 全反射消逝波和导引波
*4.5 电磁波在导电介质表面上的反射和折射
4.1 绝缘介质中的单色平面波
2
2
2
22
200
E k E H k H ∇+=∇+= (,)()(,)()i t i t E r t E r e H r t H r e
ωω−−== 亥姆霍兹方程
()
0(,)i k
r t E r t E e
ω⋅−= E
H
z
波传播方向
均匀平面波
波阵面
x
y
o 无源空间中的单色电磁波
波矢量的大小为相位常数k ，
方向为即波的传播方向
k
n
均匀平面单色波：
4.1.1 单色平面波的特点
•（1）横波性
k E ⋅= 0
E ik E E ⎧∇⋅=⋅⎪
⎨∇⋅=⎪⎩
电场强度E 垂直于波矢量k
1()H r E
i μω
=∇× 1(,)(,)
H r t k E r t μω
=× 磁场强度H 垂直于电场强度
E 和波矢量k
E ,H ,k 三者互相垂直，构成右手螺旋关系，单色平面电磁波是横波。
4.1.1 单色平面波的特点
•（2）本征波阻抗、E 和H 的振幅关系
00 ()E Z k H μωμωμ
ε
ωμε
====
Ω Z 是介质的本征波阻抗。
在真空中
00
120377Z Z μπε===≈Ω
结论：在各向同性绝缘介质中Z 为实数，均匀平面波的电场强度与磁场强度相互垂直，且同相位。
4.1.1 单色平面波的特点
•（3）平面波的能量和能流
由于
00
1H E Z
= 所以有
能量密度时间平均值为{}22**00
11
1Re 422
w E E H H H E εμμε=⋅+⋅== 电场能量与磁场能量相同
2
*av 201
Re[]221 2
E S E H k
E n w ωμενμ
=×==
= 能流密度时间平均值为
能流方向与波
矢量相同能量的传输速度等于相速
x y z
E
H
O 理想介质中均匀平面波的和E H
电场、磁场与传播方向之间相互垂直，是横电磁波（TEM 波）。
无衰减，电场与磁场的振幅不变。
波阻抗为实数，电场与磁场同相位。
电磁波的相速与频率无关，无色散。
电场能量密度等于磁场能量密度，能量的传输速度等于相速度。
根据前面的分析，可总结出理想介质中的均匀平面波的传播特点为：
•例4-1
x y
z
E
H
O
理想介质中均匀平面波的和E H
例1 频率为9.4GHz 的均匀平面波在聚乙烯中传播，设其为无耗材料，相对介电常数为εr = 2.26 。
若磁场的振幅为7mA/m ，求相速、波长、波阻抗和电场强度的幅值。
9
r 2.26,9.410Hz
f ε==×解：由题意因此
8
r 1.99610m/s
2.26
c
c v ε===×0r 377
2512.26
Z Z μεε====Ω
3
m m 710251 1.757V/m
E H Z −==××=cm 12.2104.910996.19
8
=××==f
v λ
解：电场强度的复数表示式为0120πZ =Ω
自由空间的本征阻抗为得到该平面波的磁场强度22
av av 125125d ππ 2.565.1W 12π12π
S P S S R =⋅=
×=××=∫ 于是，平均坡印廷矢量
垂直穿过半径R = 2.5m 的圆平面的平均功率
例2 自由空间中平面波的电场强度
50cos()V/m
x E e t kz ω=−
求在z = z 0 处垂直穿过半径R = 2.5m 的圆平面的平均功率。
V/m 50)
(t kz i x e
e E ω−= A/m
125)
()(0t kz i y t kz i y e e e Z E e H ωωπ
−−==
()
2* W/m
121251255021Re 2
1ππz z av e e H E S =××=×=
4.1.2 平面波的偏振
波的偏振态表征在空间给定点上电场强度矢量的空间取向随时间变化的特性, 是电磁理论中的一个重要概念。
在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点
随时间变化的轨迹。
波的偏振态
三种偏振态
m cos(),x x x E E t kz ωφ=−−m cos()
y y y E E t kz ωφ=−−一般情况下，沿+z 方向传播的均匀平面波，其中
x x y y
E e E e E =+
电磁波的偏振状态取决于E x 和E y 的振幅之间和相位之间的关系，分为：线偏振、圆偏振、椭圆偏振。
线偏振：电场强度矢量的端点轨迹为一直线段圆偏振：电场强度矢量的端点轨迹为一个圆椭圆偏振：电场强度矢量的端点轨迹为一个椭圆
2
222m
m
(0,)(0,)cos()
x
y
x y x E E t E t E E t ωφ=+=+−m
m
arctan()arctan()
y y x x E E E E α==±0
=−y x φφπ
x y φφ−=随时间变化
条件：或0=−y x φφπ合成波电场的模
合成波电场与+ x 轴的夹角
特点：合成波电场的大小随时间变化但其矢
端，轨迹与x 轴的夹角始终保持不变。
结论：任何两个同频率、同传播方向且振动方向互相垂直的线偏振波，当它们相位相同或相差为π时，其合成波为线偏振。
常数
m (0,)cos()
x x E t E t ωφ=−m π
(0,)cos()sin()
2
y x m x E t E t E t ωφωφ=−±=−∓arctan[tan()]()x x t t αωφωφ=±−=±−则
m m m π/2x y x y E E E φφ==−=±、条件：22m
(0,)(0,)x y
E E t E t E =+=合成波电场的模
常数合成波电场与+ x 轴的夹角随时间变化
特点：合成波电场的大小不随时间改变，但方向却随时间变
化，电场的矢端在一个圆上并以角速度ω旋转。
结论：任何两个同频率、同传播方向且振动方向互相垂直的
线偏振波，当它们的振幅相同、相位差为±π/ 2 时，其合成波为圆偏振。
左旋圆极化波
o
E x
y x
E E y α
右旋圆极化波
o x
E y x E
y
E α
右旋圆偏振：若φx －φy ＝π/2，即y 分量超前π/2，称为右旋圆偏振。
左旋圆偏振：若φx －φy ＝-π/2，即x 分量超前π/2，称为左旋圆偏振。
椭圆偏振
其它情况下，令φφφ=−y x ，由
m (0,)cos()
x x x E t E t ωφ=−m (0,)cos()
y y x E t E t ωφφ=−+222
22m
m
m m
2cos sin y x y x x y x y E E E E E E E E φφ+−=可得到
特点：合成波电场的大
小和方向都随时间改变，其端点在一个椭圆上旋转。
小结
线偏振：Δφ＝0、π。
Δφ＝0，在1、3象限；Δφ＝π，在2、4象限。
椭圆偏振：其它情况。
0 < Δφ< π，右旋；－π< Δφ＜0，左旋。
圆偏振：Δφ＝±π/2，E x m ＝E y m 。
取“＋”，右旋圆偏振；取“－”，左旋圆偏振。
电磁波的偏振状态取决于E x 和E y 的振幅E x m 、E y m 和相位差
Δφ＝φx －φy
对于沿+ z 方向传播的均匀平面波：
例说明下列均匀平面波的偏振态。
j j m m e j e
kz kz
x y E e E e E =− ( 2 )m m ππsin()cos()
44
x y E e E t kz e E t kz ωω=−++−− ( 3 ) m m sin()2cos()
x y E e E t kz e E t kz ωω=−+−
( 4 ) 解：（1）（2）（3）（4）m m ,x y E E =ππ
0,22
x y φφφ==Δ=、m m ,x y E E =ππ
0,22
x y φφφ==Δ=−、m m ,x y E E ≠ππ
0,22
x y φφφ==Δ=、ππ
,044
x y φφφ==Δ=、右旋圆偏振
左旋圆偏振
线偏振右旋椭圆偏振( 1 )m m sin()cos()
x y E e E t kz e E t kz ωω=−+−。
电磁场与微波技术第4章1-2传输线理论
Dz传输线上的等效电路
§1.1 传输线方程
应用基尔霍夫定律：
v( z, t ) Dz z i( z, t ) i( z Dz, t ) i( z, t ) Dz z v( z Dz, t ) v( z, t )
上式两端除以Dz，并令Dz→0，可得一般传输线方程 （电报方程）：
如传输线上无损耗，则为无耗传输线。即R=0, G=0。
有耗线
无耗线
§1.1 传输线方程
对于铜材料的同轴线（0.8cm—2cm），其所填充介质为
r 2.5,
则其各分布参数为：
108 S / m
当f =2GHz时
可忽略R和G的影响。——低耗线
§1.1 传输线方程
P17表2.1-1给出了双导线、同轴线和平行板传输线的 分布参数与材料及尺寸的关系。
l
而传输线的长度一般都在几米甚至是几十米之长。 因此在传输线上的等效电压和等效电流是沿线变化的。
——→与低频状态完全不同。
§1.1 传输线方程
传输线理论 长线理论
传输线是以TEM导模方式传 输电磁波能量。 其截面尺寸远小于线的长度， 而其轴向尺寸远比工作波长大 时，此时线上电压只沿传输线 方向变化。
§1.1 传输线方程
均匀传输线
沿线的分布参数 Rl， Gl ， Ll ， Cl与距 离无关的传输线
不均匀传输线
沿线的分布参数 Rl， Gl ， Ll ， Cl与距 离有关的传输线
§1.1 传输线方程
3) 均匀传输线的电路模型
均匀传输线
单位长度上的分布电阻为Rl、分布电导为Gl、分布电容 为Cl、分布电感为Ll, 其值与传输线的形状、尺寸、导 线的材料、及所填充的介质的参数有关。
实验一：均匀平面电磁波传播
均匀平面电磁波传播一．实验目的（1）掌握均匀平面电磁波的概念（2）熟悉matlab仿真软件的使用二．实验内容（1）编写matlab程序仿真平面电磁波程序（2）观察平面地磁波与时间的关系（3）观察平面电磁波与相位的关系（4）分析仿真中观察的数据，撰写实验报告三．实验原理等相位面为平面电磁波称为平面电磁波，如果在等相位面内电场强度与磁场强度的大小和方向均不变，则称为均匀平面波。
对于均匀平面波，各场分量仅与传播方向的坐标有关。
或者说均匀平面波的电磁场分量与传播方向相垂直的坐标无关设均匀平面波沿Z轴传播，其电场沿x轴取向，也就是沿y轴和Z轴的电场分量为零。
因此有E=axEx(z)如果电介质区是无限延伸的，则只有一个沿+z轴方向传播的均匀平面波。
此时，电场矢量一般表示为E=axE0e-jkz式中EO为一常数。
电场在时域中的表达式Ex(z，t)=|E0|cos(wt-kz+φ0)式中的(wt-kz+φ0)代表了场的波动状态，称为电磁波的相位(Phase)。
它由三部分构成。
其中，wt表示随时间变化部分；-kz表示随空间距离变化部分；中O 表示场在z=0，t=0时的状态，称为初相位。
场强也随z变化。
在任一固定时刻，场强随距离z同样按正弦规律变化，且随着时间的推移，函数的各点沿+z方向向前移动，因此称之为行波。
四．实验步骤（1）预习平面电磁波原理（2）根据系统方框图，画出仿真流程图。
（3）编写MATLAB程序并上机调试。
（4）观察平面电磁波与空间距离关系波形图。
（5）撰写实验报告。
代码clearclose allu0=4*pi*le-7;e0=le-9/(36*pi);Z0=(u0/e0)^0.5;f=le8;w=2*pi*f;k=w*(u0*e0)^0.5;phi_E=0;phi_H=0;EE=20;HH=EE/20;x=0:0.1:20;m0=zeros(size(x));gifname='mag_motion.gif';figurefor t=0:1:100Ez=EE*cos(k*x-w*t*le-9+phi_E);Hy=HH*cos(k*x-w*t*le-9+phi_H);plot3(x,m0,Ez,'b','LineWidth',2);hold on;plot3(x,Hy,m0,'r','LineWidth',2);hold offxlabel('传播方向')ylabel('磁场Hy')zlabel('电场Ez')title([平面电磁波传播示意图','t=',num2str(t),'ns'],'fontsize',14)set(gca,'fontsize',12)drawnowframe=getframe(1);im=frame2im(frame);[imind,cm]=rgb2ind(im,500);If t=0;imwrite(immd,cm,gifname,'gif');elseimwrite(immd,cm,gifname,'gif','WriteMode','append','DelayTime',0.1); endend;实验结果。
电磁波传播基本知识及天线原理 (1)
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
天线增益
系指天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线（通常采用理 想点源）在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。
P1
P0 天线
P2
理想辐射单元
G = 10log(P1/P2)
三、天线主要性能参数
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
前后比
±30°? 25dB ？ +/-2dB ?
抑制同频干扰或导频污染的重要指标
通常仅需考察水平面方向图(?)的前后比,并特指后向±30°范围内(?)的最差值。
前后比指标越差，后向辐射就越大，对该天
线后面的覆盖小区造成干扰的可能性就越大。
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
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
交叉极化比 上旁瓣抑制
对网络性能有影响的辅助指标
(优选)2020版高中物理第四章电磁波及其应用第1讲电磁波的发现学案新人教版选修1-1
第1讲电磁波的发现[目标定位] 1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场.了解变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场.2.了解电磁场在空间传播形成电磁波.3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献.体会两位科学家研究物理问题的方法.一、伟大的预言1.变化的磁场产生电场(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场.(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场.2.变化的电场产生磁场变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场.3.麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一.想一想麦克斯韦从什么现象认识到变化的磁场能产生电场？关于“变化的电场能够产生磁场”的观点，他是在什么情况下提出的？答案麦克斯韦从法拉第电磁感应现象认识到变化的磁场能够产生电场.麦克斯韦确信自然界规律的统一与和谐，相信电场与磁场有对称之美.他认为：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场.二、电磁波1.电磁波的产生：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化电场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播.电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波.2.特点(1)电磁波可以在真空中传播.(2)电磁波的传播速度等于光速.(3)光在本质上是一种电磁波.(4)光是以波动形式传播的一种电磁振动.想一想空间存在如图4－1－1所示的电场，那么在空间能不能产生磁场？在空间能不能形成电磁波？图4－1－1答案如图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故不会产生电磁波.三、赫兹的电火花1.赫兹首先捕捉到电磁波，在以后的一系列实验中，证明了电磁波与光具有相同的性质.他还测得，电磁波在真空中具有与光相同的传播速度c.2.赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论.3.赫兹被誉为无线电通信的先驱.后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹.想一想是赫兹预言了电磁波的存在，并用实验证实其存在的吗？答案不是.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在.一、对麦克斯韦电磁场理论的理解1.变化的磁场产生电场如图4－1－2所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关.导体环的作用只是用来显示电流的存在.图4－1－2注意在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的.2.变化的电场产生磁场根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场.(如图4－1－3所示).图4－1－33.小结(1)变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场也在周围空间产生磁场.(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场.(3)振荡的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场.例1关于电磁场理论的叙述正确的是( )A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场答案AB解析变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流.若无闭合回路，电场仍然存在，A正确；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错.针对训练1 如图4－1－4所示是某一固定面的磁通量的变化图象，在它周围空间产生的电场中的某一点场强E应是( )图4－1－4A.逐渐增强B.逐渐减弱C.不变D.无法确定答案 C解析由图象可知，磁场在均匀变化，故在磁场周围产生的电场是稳定不变的.二、对电磁波的理解1.电磁波的形成变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波.2.电磁波的特点(1)电磁波是横波.电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播.(2)电磁波的传播不需要介质.在真空中传播速度等于光速c＝3.00×108 m/s.(3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.(4)电磁波具有波的一切特性，能够发生反射、折射等现象.例2下列关于电磁波的说法中正确的是( )A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波B.电磁波的传播需要介质C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的答案CD解析要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以D正确.针对训练2 关于电磁波在真空中的传播速度，以下说法正确的是( )A.电磁波的频率越高，传播速度越大B.电磁波的波长越长，传播速度越大C.电磁波的能量越大，传播速度越大D.所有电磁波在真空中的传播速度都相等答案 D解析电磁波在真空中的传播速度为光速，与其他因素无关.对麦克斯韦电磁场理论的理解1.关于电磁场理论，下列说法中正确的是( )A.在电场的周围空间一定产生磁场B.任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场C.均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场D.振荡电场在周围空间产生变化的磁场答案 D解析由麦克斯韦电磁场基本理论知：不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场，产生的磁场性质是由电场的变化情况决定的，均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场，反之亦然，故选项D正确.2.在空间某处存在一个变化的磁场，则下列说法正确的是( )A.在变化的磁场周围一定能产生变化的电场B.在磁场中放一个闭合线圈，线圈里一定有感应电流C.在磁场中放一个闭合线圈，线圈里不一定有感应电流D.变化的磁场周围产生电场，跟闭合线圈的存在与否无关答案CD解析均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，A错；在磁场中放置一个闭合线圈，如果穿过线圈的磁通量没有变化，则不会产生感应电动势，也就不会有感应电流，B错，C对；变化的磁场周围一定产生电场，与是否存在线圈无关，D对.对电磁波的理解3.关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是( )A.均匀变化的电场在它周围空间产生电磁波B.电磁波必须依赖于介质传播C.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直D.只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波答案CD解析均匀变化的电场在它周围产生稳定的磁场，由电磁场理论知，稳定的磁场不再产生电场，所以不能形成电磁波，故A项错；电磁波是周期性变化的电场与磁场的交替激发，所以传播不需要介质，B项错.4.对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是( )A.它们都能发生反射现象B.声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的C.光是一种电磁波，B超利用的是超声波D.它们都能在真空中传播答案ABC解析声波和电磁波都属于波，所以它们都具有波的共性，能发生反射现象，故选项A正确；但它们产生的机理不同，声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的，故选项B正确；光是一种电磁波，B超利用的是超声波，故选项C正确；电磁波既能在介质中传播又能在真空中传播，而声波只能在介质中传播，故选项D错误.(时间：60分钟)题组一、对麦克斯韦电磁场理论的理解1.下列说法中，正确的有( )A.最早发现电和磁有密切联系的科学家是奥斯特B.电磁感应现象是法拉第发现的C.建立完整的电磁场理论的科学家是麦克斯韦D.最早预见到有电磁波存在的科学家是赫兹答案ABC解析最早预见到有电磁波的科学家是麦克斯韦，赫兹用实验证明了电磁波的存在，D项不正确；由物理学史的知识可知，其他三项都是正确的.2.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法正确的是( )A.恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场B.变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D.均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场答案BD解析麦克斯韦的电磁场理论的核心内容是：变化的电场周围产生磁场；变化的磁场周围产生电场.对此理论全面正确的理解为：不变化的电场周围不产生磁场；变化的电场周围可以产生变化磁场，也可以产生不变化磁场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场；周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场，由变化的磁场产生电场的规律与以上类似，故正确答案为B、D.3.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )A.电场周围一定产生磁场，磁场周围也一定产生电场B.变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围也一定产生电场C.变化的电场周围一定产生变化的磁场D.电磁波在真空中的传播速度为3.00×108 m/s答案BD解析根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，但变化的电场周围不一定产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，所以正确的选项是B、D.4.某电场中电场强度随时间变化的图象如图所示，能产生磁场的电场是( )答案ABC解析根据麦克斯韦电磁场理论可知变化的电场产生磁场，选项A、B、C正确.题组二、对电磁波的理解5.下列说法正确的是( )A.电磁波即电磁场在空间的传播B.麦克斯韦依据光速和电磁波速度相同而预言光是一种电磁波C.赫兹不仅证实了电磁波的存在，还证实了光和电磁波具有相同的性质D.电磁波和机械波最大的不同点是其传播不需要介质答案ABCD6.下列关于机械波与电磁波的说法正确的是( )A.声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声源之间有空气B.水波的传播需要水，没有水就没有水波C.电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也传不出来D.电磁波的传播速率等于光速，不受其它因素影响答案AB解析机械波的传播需要介质，在真空中不能传播；电磁波可以在真空中传播，选项A、B正确，C 错误；电磁波只有在真空中的速度才等于光速，选项D错误.7.某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是( )答案 D解析由麦克斯韦电磁场理论，当空间出现恒定的电场时(如A图)，由于其不激发磁场，故无电磁波产生；当出现均匀变化的电场(如B图、C图)，会激发出磁场，但磁场恒定，不会再在较远处激发起电场，故也不会产生电磁波；只有周期性变化的电场(如D图)，才会激发出周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又激发出周期性变化的电场……，如此不断激发，便会形成电磁波.8.下列关于电磁波的说法中，正确的是( )A.电磁波可以在真空中传播B.电磁波不能在空气中传播C.麦克斯韦第一次通过实验验证了电磁波的存在D.法拉第第一次通过实验验证了电磁波的存在答案 A解析电磁波可以在真空中传播，A对，B错；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C、D错.9.关于电磁波，下列说法正确的是( )A.光不是电磁波B.电磁波需要有介质才能传播C.只要有电场和磁场，就可以产生电磁波D.真空中，电磁波的传播速度与光速相同答案 D解析光也是一种电磁波，在真空中传播的速度为3.0×108 m/s，传播过程中不需要介质，故A、B错误，D正确；只有非均匀变化的电场或磁场，才能产生电磁波，故C错误.10.有一种“隐形飞机”，可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够______(填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用，秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够________(填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备.答案增强减弱解析题目介绍了电磁波在军事上的用途.电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射，雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.要有效避开雷达的探测，就要设法减弱电磁波的反射.据此即可确定答案.。
高中物理第四章电磁振荡与电磁波1_电磁振荡电磁场与电磁波检测含解析选择性
电磁振荡电磁场与电磁波(25分钟60分）一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分）1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（)A。
电场一定能产生磁场,磁场也一定能产生电场B。
变化的电场一定产生变化的磁场C。
稳定的电场也可以产生磁场D。
变化的磁场一定产生电场【解析】选D。
根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场，变化的电场一定产生磁场，但不一定是变化的磁场，稳定的电场不产生磁场，故A、B、C项错误，D正确.2.关于电磁波,下列说法正确的是（)A。
只要有电场和磁场,就能产生电磁波B。
电磁波在真空和介质中传播速度相同C.均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波D.赫兹证明了电磁波的存在【解析】选D.若只有电场和磁场，而电场和磁场都稳定或电场、磁场仅均匀变化都不能产生电磁波，A、C错;光也是电磁波，在真空和介质中传播的速度不同,可判断B错误;赫兹证明了电磁波的存在,D项正确。
3。
某同学对机械波和电磁波进行对比,总结出下列内容,其中错误的是（)A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系,对电磁波也适用B。
机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C。
机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D.机械波只有横波【解析】选D。
机械波和电磁波有相同之处,也有本质区别，但v=λf都适用,A说法对;机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B说法对;机械波的传播依赖于介质,电磁波可以在真空中传播，C说法对;机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D说法错。
4。
关于麦克斯韦的电磁场理论及其成就,下列说法错误的是(）A.变化的电场可以产生磁场B.变化的磁场可以产生电场C。
证实了电磁波的存在D.预见了真空中电磁波的传播速度等于光速【解析】选C。
选项A和B是电磁场理论的两大支柱，所以A 和B正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹最早证实了电磁波的存在，C错误；麦克斯韦预见了真空中电磁波的传播速度等于光速,D正确.5.有一LC振荡电路，能产生一定波长的电磁波，若要产生波长比原来短一些的电磁波,可用的措施为()A.增加线圈匝数B。
高中物理第四章电磁振荡与电磁波1.电磁振荡课件新人教版选择性必修第二册
解析：由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的12，由T＝2π LC及L 不变知，当C＝14C0时符合要求，其中C0为原电容，故D正确．
随堂演练·达标自测
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1.(多选)如图所示，LC振荡电路中，某一时刻穿过线 圈L的磁感应强度方向向上，且正在逐渐增强，那么两 极板带电的情况是( )
A．上极板带正电 B．上极板带负电 C．极板所带电荷量增大 D．极板所带电荷量减小
频率． 2．公式：T＝2π LC，f＝2π1LC.
3．影响电磁振荡的周期和频率的因素
由电磁振荡的周期公式T＝2π LC知，要改变电磁振荡的周期和频率， 必须改变线圈的自感系数L或电容器的电容C.
(1)影响线圈自感系数L的因素是：线圈的匝数、有无铁芯及线圈的 横截面积和长度．匝数越多，自感系数L越大，有铁芯的自感系数比 无铁芯的大．
3．[2022·山东临沂部分县高二检测]LC振荡电路中，电容器两极板 上的电荷量q随时间t变化的关系如图所示，则( )
A．在t1时刻，电路中的电流为零 B．在t2时刻，电路中只有磁场能 C．在t3时刻，电感线圈两端电压为零 D．t3～t4时间内，电路中的电流不断增大
答案：C
4．(多选)如图甲所示的电路中，L是电阻不计的线圈，C是电容器 (原来不带电)，闭合开关S，待电路达到稳定状态后再断开开关S，LC 回路中将产生电磁振荡．如果规定线圈中的电流方向从a到b为正，断 开开关的时刻为t＝0，那么断开开关后( )
1.电磁振荡
必备知识·自主学习
关键能力·合作探究
随堂演练·达标自测
【素养目标】 1.通过实验，了解电磁振荡．(科学探究) 2．体会LC振荡电路中电荷、电场、电流、磁场的动态变化过程及 其相关物理量的变化情况．(科学思维) 3．了解LC振荡电路固有周期和固有频率的公式，了解实际生产、 生活中调节振荡电路频率的基本方法．(科学思维)
鲁科版(新教材)学案：高中第4章电磁波第1节电磁波的产生学案选择性必修2(物理)
学习目标：1.[科学态度与责任]了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及电磁波的预言。
2.[科学探究]了解赫兹发现电磁波过程，体会电磁场的物质性。
3.[科学思维]理解LC回路中振荡电流的产生过程，会求LC电路的周期与频率。
阅读本节教材，回答第83页“问题”并梳理必要知识点。
教材P83问题提示：根据麦克斯韦电磁理论，利用LC振荡电路可以产生电磁波。
一、麦克斯韦的预言1．变化的磁场周围会产生电场麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场(也叫感生电场，如图所示)，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的涡旋电场总是存在的。
变化的磁场周围产生涡旋电场2．变化的电场周围会产生磁场麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生涡旋磁场，如图所示。
变化的电场产生涡旋磁场示意图3．电磁波(1)交变的电场和交变的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。
这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波。
(2)自然界存在许多不同频率的电磁波，并且它们都以光速在空间传播，可见光只不过是人眼可以看得见的，频率范围很小的电磁波。
二、赫兹实验1．赫兹实验原理图，如图所示：赫兹实验原理示意图2．实验现象：当感应线圈两极间有火花跳过时，环的间隙处也有火花跳过。
3．现象分析：火花在A、B间来回跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。
当电磁波经过接收器时，导致接收器产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压，当电压足够高时，两球之间产生火花放电现象。
4．实验结论：赫兹证实了电磁波的存在。
5．实验意义：证明了麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。
三、电磁振荡1．振荡电流：大小和方向都周期性变化的电流。
2．振荡电路：产生振荡电流的电路。
由电感线圈L和电容器C所组成的一种基本的振荡电路为LC 振荡电路，如图所示。
高中物理第4章电磁波与现代通信1电磁波的发现2无线电波与现代通信沪科11沪科1
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3．人们将声音转换成音频电信号，再利用调制电路将它加载 到高频电磁波上，并经过放大后发射出去．由天线发射出的 无线电波向四面八方传播，在传播途中，遇到接收天线(导体)， 就会在接收回路中产生频率相同的感应电流．接收机通过 _调__谐__电路，选择所需要频率的电波．经过_检__波__电路将载波 与音频信号分开，把音频信号放大并通过扬声器播放出来， 这就是我们听到的电台广播．
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五、有线无线交相辉映 1．微波通信：一般指地面微波中继通信，它是靠_中__继__站__来 实现微波信号远距离传输的．微波的传播只能采用空间波传 播的方式．微波通信具有通信容量大、传输稳定、抗灾能力 强等优点． 2．卫星通信：卫星通信是用_通__信__卫__星___作为中继站来转发微 波信号，从而实现远距离通信的，通信卫星系统由卫星和卫 星_通__信__地__球__站___组成．3 颗等距离__通__信__卫__星__就能实现全球 覆盖．
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题型 2 关于电磁波的计算
家用微波炉是利用电磁波进行工作的．已知它使用频
率为 2 000 MHz 的电磁波，它在真空中的波长是多少？
[解析]
λ＝cν＝2
3×108 000×106
m＝0．15 m．
[答案] 0．15 m
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1．以下关于电磁波谱的理解正确的是( ) A．红外线的波长比紫外线的波长短 B．可见光不属于电磁波 C．无线电波的波长比 γ 射线波长要长 D．无线电波的波长大于 1 mm
高中物理人教版选修1-1课件：第四章+第二节+电磁波谱
2．电磁波谱中各波段电磁波的特征、用途
无线 电波
红外线
可见 紫外线
光
X射线 γ射线
特 波动 热作
感光 化学作用 穿透 穿透能
性 性强 用强
性强 荧光效应 能力大 力很强
加热、遥测
杀菌
通讯
照明、
用
遥感、红外
消毒、
广播、
照相
途
摄像、红外
治疗皮肤
导航
等
制导
病等
检查、 探测、 透视、 治疗
探测、 治疗
2．下列说法中正确的是
3．红外线 红外线是一种光波， 不能 引起人的视觉；一切物体都 会发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射 。 强 4．可见光 可见光的波长在700～400 nm之间，能引起人的 。
视觉
5．紫外线 紫外线的波长范围是5～400 nm之间。紫外线具有较 高的能量，足以破坏细胞中的物质。因此，可利用紫外 线 灭菌消毒 。
•11、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。 •12、首先是教师品格的陶冶，行为的教育，然后才是专门知识和技能的训练。 •13、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。2022/2/122022/2/12February 12, 2022 •14、孩子在快乐的时候，他学习任何东西都比较容易。 •15、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。 •16、一个人所受的教育超过了自己的智力，这样的人才有学问。 •17、好奇是儿童的原始本性，感知会使儿童心灵升华，为其为了探究事物藏下本源。2022年2月2022/2/122022/2/122022/2/122/12/2022 •18、人自身有一种力量，用许多方式按照本人意愿控制和影响这种力量，一旦他这样做，就会影响到对他的教育和对他发生作用的环境。 2022/2/122022/2/12
4-1 平面电磁波
k 2 /
4. 平面电磁波的性质 （ 1）
E E0 e
i k x t k x t
ik E0e ik E 由于E=0，所以 k E 0 , 表示电场波动是横波,
E可在垂直于k的任意方向上振荡。E的取向称为电 磁波的偏振方向（极化方向），可以选与 k 垂直的
第四章 电磁波的传播
在迅变情况下，电磁场以波动形式存在。变化着
的电场和磁场互相激发，形成在空间中传播的电 磁波。 由于在广播通讯、光学和其他科学技术中的广泛
应用，电磁波的传播、辐射和激发问题已发展为
独立的学科，具有十分丰富的内容。 本章只介绍关于电磁波传播的最基本的理论，下
一章再讨论辐射和激发问题。
消去共同因子e-it 后得
E iH H iE E 0 H 0
（1）
（2） （3） （4）
注意：在0的时谐电磁波情形下这组方程不是 独立的．
取第一式旋度并用第二式得
( E ) E
2
( E ) ( E ) E E
二、时谐电磁场
以一定频率作正弦振荡的波称为时谐电磁波（单
色波）。在一般情况下，即使电磁波不是单色波，
它也可以用傅里叶（Fourier）分析（频谱分析） 方法分解为不同频率的正弦波的叠加。因此，下 面只讨论一定频率的电磁波。 1. 场量的复数形式: 设电磁场只有一种频率 ，电磁场对时间的依赖
关系是cos t，或用复数形式表为
w E0 cos k x t
2 2
1 2 E0 1 cos 2k x t 2
和S都是随时间迅速脉动的量，实际上我们只需
用到它们的时间平均值。 为了以后应用，这里给出二次式求平均值的一般 公式．设f(t)和g(t)有复数表示