大学物理学第十六章第五节电磁波
大学物理第16章麦克斯韦方程组和电磁辐射
位移电流 全电流安培环路定理
稳恒磁场中，安培环路定理 H dl I j ds
l s
S1
L
-
S2
+ + + +
（以 L 为边做任意曲面 S ） H dl j ds I
L S1
I
H dl j ds 0
第16章 麦克斯韦方程组和电 磁辐射
本章主要内容
§16.1 Maxwell电磁场方程组
§16.2 电磁波和电磁辐射 §16.4 电磁波的性质 §16.5 电磁波的能量 §16.6 电磁波的动量 光压
第16章 麦克斯韦方程组和电磁辐射
电现象/磁现象
电场/磁场（稳恒态）
我国：周朝(BC8世)/战国(BC4-3世) 西方：BC6世/ AD15世末
B
2
计算得
r dQ H 2 2 π R dt
Q
0 r dQ
2 π R dt
2
代入数据计算得
Q
I d 1.1 A
B 1.1110 T
5
Ic
R
P *r
Ic
例2. 一平行板电容器的两极板都是圆形板，面积为S，其上 的电荷随时间变化，变化率为 q q sint
m
求： 1）电容器中位移电流密度的大小。
麦克斯韦18311879英国物理学家1865年麦克斯韦在总结前人工作的基础上提出完整的电磁场理论他的主要贡献是提出了有旋电场和位移电流两个假设从而预言了电磁波的存在并计算出电磁波的速度即光1888年赫兹的实验证实了他的预言麦克斯韦理论奠定了经典电动力学的基础为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景
大学物理教学教案：电磁场与电磁波实验
大学物理教学教案：电磁场与电磁波实验实验介绍本次实验旨在通过实际操作，让学生深入了解电磁场和电磁波的基本概念和特性。
通过测量和分析不同电磁场和电磁波现象的实验数据，加深对相关理论知识的理解。
本实验适用于大学物理相关专业的本科生。
实验目标1.理解电磁场和电磁波的基本概念；2.学会使用仪器设备进行相关测量；3.掌握如何分析实验数据并得出相应结论；4.培养实践能力和团队合作精神。
实验器材与材料1.交流信号发生器2.示波器3.动态振荡装置4.导线、电源等基础设备5.相关配件（如: 线圈、天线等）实验内容第一部分：静电场和静磁场（约60分钟）1.静电平衡法测量点电荷与导体系间的引力势能；2.测定导体上带点情况下点电荷在导体上的分布；3.采用叠加原理研究电荷在导体上的分布规律；4.测量实验练习：两个带点金属球之间的引力。
第二部分：交流电场和交流磁场（约60分钟）1.研究通过螺线管中产生磁场的现象；2.了解电感和自感现象，测量并计算电感系数；3.使用示波器测量正弦交流电信号的频率和振幅第三部分：电磁波特性（约60分钟）1.利用示波器观察光源发出的模拟信号；2.分析观察到的光信号并测定光速；3.探索立体声音频传播实验，理解声波传播原理；实验报告要求1.报告应包括实验目的、器材与方法、数据处理及结果分析等内容；2.实验数据应完整记录，并绘制相应曲线图表进行数据展示；3.列举并总结实验中遇到的问题以及解决方法，提出对于改进实验设计的建议。
实验安全注意事项1.实验过程中要严格按照操作规程执行，注意个人和他人的安全；2.使用仪器设备时，确保电源和其他部件连接正确，操作准确无误；3.遵守实验室用电规定，避免电源超负荷使用。
以上为《大学物理教学教案：电磁场与电磁波实验》的基本内容编写，希望能对您有所帮助。
如需补充或修改，请提出具体要求，我将继续为您服务。
大学物理教案：电磁波的传播与应用
大学物理教案：电磁波的传播与应用一、导入环节（约350字）A. 教学目标•了解电磁波的基本概念与特性。
•掌握电磁波的传播模型与传输特点。
•理解电磁波在日常生活及科技应用中的重要作用。
B. 导入活动1.师生互动：老师向学生提问，引出对电磁波的认知程度，例如"你们之前在哪些场合接触过电磁波？"2.实例引入：老师举例讲述手机通信、微波炉等日常生活中使用到的电磁波应用。
二、核心内容（约1800字）A. 电磁波定义及特性•解释电磁波的定义：它是由交替变化的电场和磁场所组成，在真空中以光速传播。
•介绍常见的电磁波种类：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和γ射线。
•阐述不同频率/波长的电磁波对人体影响差异。
B. 电磁波的传播模型1.麦克斯韦方程组：介绍麦克斯韦方程组是描述电磁波传播行为的基本方程。
2.电磁波的传播特点：•包络面和射线图解：使用图像化方式展示电磁波在空间中传播的特点。
•介质中的传播：讨论电磁波在不同介质中的传输速度和衰减情况。
C. 电磁波的应用领域1.通信技术：•无线电通信原理：介绍无线电信号的发射、接收与调制过程。
•手机与卫星通信：阐述手机通信原理、卫星通信系统及其应用。
2.辐射与医学：•X射线与γ射线：说明X射线和γ射线在医学影像学中的应用。
•粒子加速器技术：探讨粒子加速器的工作原理及其在肿瘤治疗中应用。
3.光信息技术：•光纤通信：介绍光纤通信系统，包括发送端、接收端及相关技术。
•激光技术与应用：阐述激光的特性和主要应用领域。
三、实践活动（约800字）A. 实验环节1.实验名称：“探究电磁波传播的频率对能量传输效果的影响”•材料和器材：发射器、接收器、不同频率的电磁波源。
•操作步骤：利用发射器发出不同频率的电磁波，通过接收器观察到达信号的强度变化。
•结果分析：学生进行数据整理与图形绘制，进一步理解电磁波传输中能量衰减现象。
2.实验名称：“利用光纤传输音乐信号”•材料和器材：音乐播放设备、光纤线、接收设备。
大学物理电磁感应电磁场和电磁波PPT课件
③ 连接MN成一回路 常数ddt 0
NM MN NM MN2RvB
例4 已知如图 求 的大小和方向
解：
fg
① 用动生电动势公式
I
v
l2
设回路方向： e—f—g—h—e
x e l1 h
effggh he
fghe0
ef hg (v B )d l(v B )d l
作匀速转动. 求线
圈中的感应电动势.
N
enO
'
B
iR
O
已知 S, N,, 求 .
解 设 t 0 时,
en与
B同向
,
则
t
N
N NB co S ts
enO
'
B
dNBSsint
dt
ω
令 mNBS
则 msint
O
iR
msint
金属块
发接 生高 器频
抽真空 金 属 电 极
阻
尼 摆N
S
涡电流加热金属电极
＊12-3 自感和互感
自感现象
L
R
通过线圈的电流变化
时，线圈自身会产生感应 现象.
一 自感电动势 自感 穿过闭合电流回路的磁通量
ΦLI
（1）自感 LΦI
若线圈有 N 匝，
IB
磁通匝数 N Φ自感 L I
一 电磁感应现象 磁铁相对线圈运动
通电线圈相对线圈 运动
磁场中运动的导体所产生的感应现象
二 电磁感应定律
电流通断时所产生的
当穿过闭合回路所围 感应现象
面积的磁通量发生变化时，
回路中会产生感应电动势，
大学物理课件：电磁波篇
在一个连续的谱上。
3
无线电波和光速
电磁波在空气中以及真空中的传播速 度为固定值，即光速。
电磁波的测量和检测方法
谱分析仪
谱分析仪可以分析并显示电 磁波的频谱。
探测器
探测器用于检测和测量电磁 波的强度和频率。
天线
天线接收电磁波并将其转换 为电信号进行进一步处理。
电磁波的安全性与环境影响
1 辐射安全
对辐射源的限制和安全 操作措施可确保电磁波 对人体的安全。
电磁波在日常生活中的应用
广播和通信
无线电和电视广播，手机和卫 星通讯等都依赖于电磁波的传 输。
微波炉
微波炉使用微波来加热食物， 快捷方便。
红外线桑拿
红外线被用于桑拿浴，帮助舒 缓身心。
电磁波的传播和传输原理
1
电场和磁场的相互作用
电磁波由交替的电场和磁场组成，通
电磁谱
2
过彼此的相互作用而传播。
电磁波根据频率和波长的不同，排列
大学物理课件：电磁波篇
欢迎来到大学物理课件：电磁波篇！在这个课程中，我们将讨论电磁波的定 义和基本概念，以及它们在日常生活中的应用。
电磁波的特性和分类
频率和波长
电磁波具有不同的频率和 波长范围，从无线电波到 可见光和X射线。
传播速度
电磁波在真空中传播的速 度恒定不变，为光速的近 似值。
分类
电磁波根据波长范围可分 为射电波、微波、红外线、 可见光、紫外线、X射线和 γ射线。
2 环境污染
电磁波的广泛使用可能 造成对周围环境的一定 影响。
3 电磁波屏蔽
使用屏蔽材料和技术以 减少电磁波的干扰和辐 射。
电磁波的未来发展及研究方向
1
大学物理中的电磁波与电磁辐射
大学物理中的电磁波与电磁辐射电磁波与电磁辐射在大学物理学中扮演着重要的角色。
它们是电磁学的基石，涵盖了许多重要的概念和原理。
本文将探讨电磁波与电磁辐射的基本特性、分类和应用。
一、电磁波的基本特性1.1 波动理论电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的能量传播现象。
根据波动理论，电磁波在空间中以波动的形式传播，具有波长、频率和振幅等基本特性。
1.2 波长和频率波长是电磁波传播所需要的最短距离，通常用λ表示。
频率是电磁波振动的次数，通常用ν表示。
它们之间的关系由光速c来确定，即c = λν。
1.3 光谱电磁波按照频率的不同可以分成不同的区域，这就是电磁波谱。
光谱包括从长波长的无线电波到短波长的伽马射线。
常见的光谱包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。
二、电磁辐射的分类2.1 电磁波的分类电磁波可以分成两类：有线性极化的平面电磁波和圆偏振的电磁波。
线性极化的平面电磁波在传播过程中的电场矢量振动方向保持不变，而圆偏振的电磁波的电场矢量在传播过程中呈现旋转。
2.2 电磁辐射的分类根据电磁辐射对人体组织的影响，可以将电磁辐射分为两类：非电离辐射和电离辐射。
非电离辐射对人体没有明显的直接伤害，如无线电波和微波。
而电离辐射具有能量较高的电磁波，具有较大的能量传递，如紫外线、X射线和伽马射线。
三、电磁波与电磁辐射的应用3.1 通信电磁波在通信领域中有广泛的应用。
无线电波和微波被广泛用于无线通信，如无线电和卫星通信。
光纤通信利用了光波的特性，实现了高速、长距离的数据传输。
3.2 医学成像电磁辐射在医学成像中发挥着重要作用。
X射线可以穿透物体，用于骨骼成像和肺部检查。
核磁共振成像(NMR)利用电磁波和磁场，对人体进行详细的内部结构成像。
3.3 电力传输电磁波可以传输能量，这在电力传输中得到了广泛应用。
无线能量传输技术可以将电能无线传输到远离电源的设备中，用于充电或供电。
3.4 科学研究电磁波和电磁辐射在科学研究中具有重要的应用。
大学物理十六章完整版
t//
E2 E1 //
2n1 cos i 2cos i sin r n2 cos i n1 cos r sin(i r)sin(i r)
电磁波的反射和折射
电场矢量垂直于 入射面的情形：
E1
i
介质1(n1) H1
介质2(n2)
H2
r
E1 E1
n1 cos i n1 cos i
R T 1 （能量守恒）
5. 电磁波的反射和折射
电场矢量平行于入 介质1(n1)
射面的情形：
介质2(n2)
E1
i
H1
E1 ' H1'
E2
r H2
幅度反 射系数
r//
E1 E1 //
n2 cos i n2 cos i
n1 cos r n1 cos r
tan(i tan(i
r) r)
幅度透 射系数
1' 0
当 z1 ，z2 ei1 ' 1
1' 半波损失
强度反射系数：反射波强度与入射波强度之比。
R
z1 2 A1'2 z1 2 A12
2 2
A12 A12
2
z1 z2 z1 z2
T
z2 2 A22 z1 2 A12
2 2
z2 A22 z1 A12
4z1z2 (z1 z2 )2
A1 ei1 ' 1u1 2u2 z1 z2
A1
1u1 2u2 z1 z2
A2 ei 2 21u1 2z1
A1
1u1 2u2 z1 z2
上述等式的等号右方是实数,导致 ei和1 ' 也ei应2 为实数。
ei2 1
大学物理电磁波与传播
大学物理电磁波与传播电磁波是现代科学中的重要概念之一，它们不仅在日常生活中起着重要作用，而且在许多技术和应用领域也发挥着关键作用。
本文将探讨大学物理中的电磁波及其传播的基本原理和应用。
一、电磁波的基本特性电磁波是由电场和磁场相互垂直振动而形成的，在空间中以光速传播。
电磁波可以根据频率的不同分为不同的波段，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
它们的频率由低到高逐渐增加，相应的波长由长到短逐渐减小。
二、电磁波的传播电磁波的传播是通过电场和磁场之间的相互作用来实现的。
当电场发生变化时，磁场也随之变化，从而产生电磁波。
电磁波在真空中以光速传播，而在介质中的传播速度则较慢，此时电磁波会发生折射和反射。
三、电磁波的应用电磁波在现代科学和技术中有广泛的应用。
其中，无线通信是电磁波应用的重要领域之一。
无线电波被用于广播、电视、手机通讯等，而微波则用于雷达、卫星通讯等。
此外，电磁波的应用还涉及医学成像、材料检测、能源传输等多个领域。
四、电磁波的测量与研究科学家们利用仪器和设备对电磁波进行测量和研究，以进一步了解它们的性质和行为。
光谱仪被广泛用于分析电磁波的频率和波长，而天文望远镜则用于观测宇宙中的电磁波。
五、电磁波与人类健康尽管电磁波在生活中的应用非常普遍，但人们对电磁波对人体健康的影响也倍感关注。
长期暴露在高强度的电磁辐射下可能对人体产生一定的危害。
因此，科学家们在相关研究中更加注重电磁波的辐射控制和保护措施。
六、电磁波的未来发展随着科学和技术的不断进步，电磁波的应用领域也在扩大。
未来，电磁波可能在通信、能源、生物医学等领域发挥更加重要的作用。
同时，科学家们也在探索新的电磁波的产生和控制方法，以应对未来的需求和挑战。
综上所述，电磁波是大学物理中的重要内容之一，它们具有特殊的传播特性和广泛的应用领域。
我们需要深入学习和研究电磁波的基本原理，以更好地理解和应用它们。
通过对电磁波的深入了解，我们可以更好地运用它们来推动科技进步和社会发展。
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无线电波
3 10 4 (Hz )
设计制作 王小云 颜琳
吉首大学物电系
第五节 电磁波
麦克斯韦1865年预言了电磁波(electromagnetic wave)，1888年赫兹 (Hertz)用实验证实了电磁波的 存在。
在均匀无限大媒质中，若无自由电荷和传导电流 (麦克0 =斯0韦；电j0磁=场0方)，程再组考可虑解到出D一=维E情，形B下=E(Hx,，t)、由 H(x,t)的波动方程
E H
5.电磁波的传播速度为 u 1
四、电磁波的能量密度
电磁波的传播过程为能量的传播过程，
即辐射能。 电场能量密度
磁场能量密度
we
1 E
2
2
wm
1 H 2
2
电磁场能量密度
w
we
wm
1 E
2
2
1 2
H
2
五、电磁波的能流密度
单位时间内通过垂直于传播方向的单位 面积的辐射能。
S wu
S u (E 2 H 2 )
一、电磁波的产生与传播
由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电
场产生变化的磁场，而变化的磁场又产生 变化的电场，这样就产生了电磁波。
EEEBຫໍສະໝຸດ B如广播电台 声 电
电视台 声光 电
B 电磁波发射 电磁波发射
LC
最后形成电偶极子，即发射电磁波的天线。 二、明确几点
1.电磁波的传播不依赖任何媒质可在真空 中传播。
wc S cc
单位面积所受的辐射压力：
p
S c
七、电磁波谱
10 12
10 10
10 4 10 2
10 2
10 4
10 6 (m )
微波
宇 宙 射 线
射 线
X 射 线
紫 可红 外 见外 线 光线
毫 厘分 米 米米 波 波波
超 短 波
短 波
中 波
长 波
3 10 22
3 1016 3 1014 3 1012
2
S u (E 2 H 2 )
2
由
u 1
和
E H
S 1 ( E H H E ) 2
EH
矢量式
S EH
S 称为辐射强度矢量或坡印延矢量。
六、电磁波的动量
爱因斯坦质能关系式：E mc2
单位体积中电磁场的质量： w
c2
单位体积中电磁场的动量：
w c2
c
在单位时间内，通过垂直于传播方向的 单位面积的电磁场动量，即动量流密度：
2.电磁波在媒质中传播的速度
u 1
真空中
u 1
0 0
1
8.85 10 12 4 10 7
3 10 8 m/s
即光速，光是一种电磁波。
三、电磁波性质 1.电磁波是横波 E、H 与传播方向 k 垂直。
E
k H
2.E与H相互垂直，并与k构成右手螺旋系。 3.E 与 H 同相位。
4.介质中 E 与 H 数值上成正比。