电磁场电磁波解读
§133电磁场电磁波解读
§13.3 电磁场电磁波【考点提示】重点：1.理解电磁波的形成和发射；2.知道无线电波的发射和接收；3.理解电视雷达的工作过程。
难点：1.麦克斯韦电磁场理论；2. 电磁波和机械波的比较。
【知识要点】一、电磁场1、变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场；①恒定的电场周围磁场，恒定的磁场周围电场。
②均匀变化的电场周围产生磁场，均匀变化的磁场周围产生电场。
③非均匀变化的电场产生磁场，非均匀变化的磁场产生电场。
④周期性振荡的电场产生振荡磁场，周期性振荡的磁场产生振荡电场。
2、电磁场的形成：电场和磁场是相互联系着的一个不可分割的统一体，就是电磁场。
二、电磁波的产生：1、电磁波：电磁场由发生的区域向远处传播形成了电磁波。
2、振荡电路发射电磁波的过程，同时也是向外辐射能量的过程。
3、有效地向外发射电磁波，对振荡电路的要求：（1）；（2）；（3）三、电磁波的特点：1、电磁波是：电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与两者均垂直方向传播。
在传播方向上的任一点，E和B都随时间按正弦规律变化。
2、电磁波具有波的一切特性：电磁波具有、、、等波的一切特性；波长、波速、频率的关系式：也适用于电磁波。
3、电磁波在真空中也可以传播，传播速度为。
四、赫兹实验证实了麦克斯韦电磁理论的正确性：赫兹测定了电磁波的波长和频率，得到电磁波的传播速度等于光速；赫兹还用实验证明了电磁波具有波的一切特性。
1、无线电波：无线电技术中使用的电磁波。
第 1 页共4 页2、无线电波的发射：条件：开放电路和高频振荡信号。
所以需要对传输信号进行调制（包括调频、调幅）3、无线电波的接收：通过调谐使接收电路对某一特定频率发生电谐振，实现调制的过程。
4、电视：图像信号→电信号→电磁波→接收机→调谐、检波→图像信号5、雷达：由天线系统、发射装置、接收装置、输出装置及电源计算机组成。
【例题分析】一电磁振荡振荡电流产生的过程：第 2 页共4 页第 3 页 共 4 页归纳：在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。
电磁场与电磁波
RR E r B d )(=(James Clerk Maxwell 1831-1879)在自由空间ρ = 0, J c = 0∇⋅ D = 0∂B ∇× E = − ∂t∇⋅B = 0 ∂D ∇× H = ∂t微分形式∇⋅ D = ρ∂B ∇× E = − ∂t∇⋅B = 0∂ ∂ ∂ ˆ ˆ ˆ ∇=i + j +k ∂x ∂y ∂z 22∂D ∇× H = Jc + ∂t在自由空间结合ρ = 0, J c = 0∇⋅ D = 0∂B ∇× E = − ∂t∇⋅B = 0 ∂D ∇× H = ∂t和D=εE B= μH∂ E ∇ E = με 2 ∂t2 2可以得到：∂ H ∇ H = με 2 ∂t2 2 2 2 2 2∂ ∂ ∂ 其中 ∇ = 2 + 2 + 2 ∂x ∂y ∂z23电、磁分量都具有波 动特征——电磁波！ 当电磁波沿x方向传播时结合D=εE B= μH∂ E ∇ E = με 2 ∂t2 2可以得到：∂ Ey ∂ Ey 2 = με 2 ∂t ∂x2 2∂ Hz ∂ Hz 2 = με 2 ∂x ∂t2 2和∂ H ∇ H = με 2 ∂t2 2其中∂ ∂ ∂ ∇ = 2+ 2+ 2 ∂x ∂y ∂z2 2 2 224电、磁分量都具有波 动特征——电磁波！ 当电磁波沿x方向传播时即：若设电场方向沿y方向， 磁场必为z方向！yE yHzux∂ Ey ∂ Ey 2 = με 2 ∂t ∂x2 2z2∂ Hz ∂ Hz 2 = με 2 ∂x ∂t2 2比较波动方程电磁波 u = 波速为1∂ ξ 1 ∂ ξ 2 = 2 2 u ∂t ∂x225με*电磁波波速与光矢量* 真空中u=1μ0ε 01= 3 × 108 mcs——光速 c推测：光也是电磁波！ 在介质中 u =με=n= εr c = μ rε r n n = μ rε r — 折射率在光波段μr=1 ，与物质作用的主要是 E矢量E ——通常被称为光矢量！注意：在BEC(Bose-Einstein Condensation)介质中，光的传 播速度可以慢到大约为17m/s。
电磁场电磁波解读
第一章矢量分析与场论
两个矢量的点积是一个标量
A B ABcos
矢量的点积服从交换律和分配律
AB B A
A(B C) A B AC
两个矢量的叉积是一个矢量
A B ec AB sin
O x0 x
F P(x0,y0,z0) ez y0 y
ex ey
A与B的矢量和
直角坐标系中一点的投影
A B ( Ax Bx )ex ( Ay By )ey ( Az Bz )ez
A与B的标积
A B = ( Axex Ayey Azez ) (Bxex Byey Bzez ) Ax Bx Ay By Az Bz
第一章矢量分析与场论
A与B的叉积
A B ( Axex Ayey Azez ) (Bxex Byey Bzez ) ( Ay Bz Az By )ex ( Az Bx Ax Bz )ey ( Ax By Ay Bx )ez
ex ey ez ＝ Ax Ay Az
Bx By Bz
化范围分别是 0 ， 0 2 ，－∞＜z＜∞。
第一章矢量分析与场论
圆柱坐标系与直角坐标系之间的变换关系：
＝ x2 y2 , arctan( y x), z z
或 x cos, y sin, z z
e e ez , e ez e , ez e e
e e 是随 变化的
第一章矢量分析与场论
1.2.3 球坐标系
(r,θ,φ) θ为常数平面
r为常数平面
z
er e
r e
θ
φ
r
y
、
电磁场与电磁波揭示电磁场与电磁波的本质与关系
电磁场与电磁波揭示电磁场与电磁波的本质与关系电磁场和电磁波是描述电磁现象的两个重要概念。
电磁场是由电荷所构成的空间区域周围存在的物理场，它的存在和变化可以对其他电荷产生力的作用。
而电磁波则是电磁场在空间中的传播，具有波动性质，可以传递能量和信息。
本文将探讨电磁场与电磁波的本质以及它们之间的密切关系。
一、电磁场的本质电磁场是由电荷所激发产生的一种物理场。
根据库伦定律，电荷间的相互作用是通过电磁场传递的，这种传递是瞬时的，即时的。
电磁场存在于电荷周围的空间中，不仅与电荷的性质相关，也与电荷的运动状态有关。
电磁场的本质是一种信息媒介，它可以将电荷的信息传递给其他电荷，从而实现信息的传递和相互作用。
电磁场的强弱和方向是通过电场和磁场来描述的。
电场是由电荷产生的一种力场，它的本质是描述电荷对其他电荷产生力的作用。
磁场是由电流或者称为移动电荷的磁矩产生的一种力场，它的本质是描述电流对其他电荷产生力的作用。
电场和磁场相互垂直，并且彼此相互依赖、相互影响，共同构成了电磁场。
二、电磁波的本质电磁波是电磁场在空间中的传播。
当电荷发生变化时，电磁场会随之变化，产生扰动。
这种扰动以波的形式传播出去，形成电磁波。
电磁波是一种横波，具有电场和磁场相互垂直的振动分量。
电磁波的传播速度是光速，也是任何物质能传播的最大速度。
电磁波具有电磁场的性质，它们都是由电荷产生和激发的，并且都遵循麦克斯韦方程组来描述。
电磁波有三个基本特征：振幅、波长和频率。
振幅表示电场和磁场的最大值，波长表示波的周期性特征，频率表示波的振动次数。
这些特征决定了电磁波在空间中的传播性质，如波速、传播方向等。
三、电磁场与电磁波的关系电磁场和电磁波之间存在着密切的关系。
首先，电磁波是电磁场的传播形式，它是电磁场的集体运动状态，承载着电磁场的能量和信息。
电磁波的产生需要电场和磁场相互作用，并满足一定条件才能形成稳定的电磁波。
其次，电磁波可以通过电磁场的相互作用和传递来影响其他物体和介质。
第三课时电磁场和电磁波讲课文档
典例剖析
【例2】 电磁波与声波比较( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大 D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定,与频率无关
第29页，共43页。
[解析] 可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析选项A、B 均与事实相符,所以A、B项正确.根据λ= ,电磁波速v度变小, 频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所f 以选项 C正确.电磁波在介质中的速度,与介质有关,也与频率有关,在同 一种介质中,频率越大,波速越小,所以选项D错误,故选ABC.
传播方 式 地波
地波和 天波 天波
主要用途
超远程无 线电 通信和导 航 调幅无线 电广播､电 报､通信
第12页，共43页。
微 米波 波
分米 波 厘米 波 毫米 波
10 m~1 m 30 MHz~300 MHz
近似 直线 传播
1 m~0.1 m 300 MHz~3000 直线
MHz
传播
10 cm~1 3000
(2)雷达用的是微波波段,因为电磁波波长越短,传播的直线性越好,反
射性越强.活学活用
第20页，共43页。
3.雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备,它可以向一定 方向发射不连续的电磁波,当遇到障碍物时要发生反射.雷达在发射
和接收电磁波时,在荧光屏上分别呈现出一个尖形波.某型号防 空雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s.现在
第31页，共43页。
典例剖析 【例3】 雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间是1μs,两次发
电磁波简单解释
电磁波简单解释
电磁波是一种由电场和磁场共同构成的特殊波动现象，是空间中传播的有序能量转移。
它们在对应的电磁波频率区域内在任何方向可以传播，而且它们的传播距离很远。
因为它们的存在，我们才能建立电子通信技术和现代高科技的一切。
电磁波由电磁场产生，电磁场是一个由电动势和磁动势组成的空间区域，它是介于电场和磁场之间的能量介质。
电磁场的特殊特性使它能够在任何方向和任何时间对空间中的物体造成影响，并且可以在较远距离传播。
电磁波会在传播过程中衰减，但它们生成的能量仍然能够在空间内能量交换中起促进作用。
传播过程中的电磁波会受到微小粒子和其他物质的影响，在空气中衰减或改变方向，因此，在某种程度上，它们可以产生折射、反射和衍射效应，从而可以被接收到。
电磁波的波长与它的频率成反比。
目前，人们已经发现了很多种不同的电磁波波段，它们的频率在很大程度上决定了它们的作用。
比如说，超高频波段能够传输信号和数据，而微波波段则用于无线通信，因此，电磁波能够支撑现代社会的信息传输技术。
另外，电磁波在日常生活中也有广泛的应用，如用于无线收音机、微波炉、电磁炉和无线网络等。
尤其是在医疗技术方面，人们现在已经发现了电磁波的多种用途，例如可以用来诊断、治疗和控制疾病。
总之，电磁波在现代社会中有着重要的作用，它们通过电磁场将能量在空间中传播，可以支撑电子通信技术，允许无线数据传输，也
有实际的用途，如用于医疗治疗等。
它们是现代科技背后不可或缺的重要部分，也是科学家们持续探求的研究方向。
电磁场和电磁波
充 电
放电
ｉ
q=0 i=Im
ｑ
++ ++
q=Qm i=0
两类量:
第一类：电容器的电荷q、电压u、电场E、 电场能E电、线圈的自感电动势e自 第二类：线圈的电流i、磁场B、磁场能E磁 两类量的变化规律相反. 即第一类增大时 第二类减小; 第一类达最大时第二类为零.
(3)变化规律的图象描述：
q
o t i o
讨论:
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋 电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
1.变化的磁场产生的电场叫感应电场（涡流电场），电场线是 闭合的。
2.静止电荷周围产生的电场叫静电场，电场线由正电荷起到负 电荷终止，不是闭合的。
总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显
一、电磁振荡的产生
+ + + + L
－－ － －
C
E
S
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，变化电场和变化磁场 之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远 地在空间传播出去。这样就产生了电磁波。
1、电磁波的波源 我们知道，线圈L和电容C组成的电路可以产生电磁振荡， 电磁振荡能够发射电磁波。但由LC组成普通振荡电路，有以下 特点： (1) 电磁场能量几乎分别集中于电容器和自感线圈内，不利于电 磁波的辐射，所以必需设计能让能量辐射的电路。
(2) 电磁波在单位时间内辐射功率与频率的四次方成正比，而
L C电路频率为
1 2π LC
很低，因而要对电路进行改造。
实验表明，LC回路里产生的振荡电流是按正 弦规律变化的。
电磁场与电磁波知识点总结
电磁场与电磁波知识点总结电磁场知识点总结篇一电磁场知识点总结电磁场与电磁波在高考物理中属于非主干知识点，多以选择题的形式出现，题目难度较低，属于必得分题目，重点考察考生对基本概念的理解和掌握情况。
下面为大家简单总结一下高中阶段需要大家掌握的电磁场与电磁波相关知识点。
电磁场知识点总结一、电磁场麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。
理解：* 均匀变化的电场产生恒定磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡电场产生同频率振荡磁场* 均匀变化的磁场产生恒定电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡磁场产生同频率振荡电场* 电与磁是一个统一的整体，统称为电磁场（麦克斯韦最杰出的贡献在于将物理学中电与磁两个相对独立的部分，有机的统一为一个整体，并成功预言了电磁波的存在）二、电磁波1、概念：电磁场由近及远的传播就形成了电磁波。
（赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波的波速）2、性质：* 电磁波的传播不需要介质，在真空中也可以传播* 电磁波是横波* 电磁波在真空中的传播速度为光速* 电磁波的波长=波速*周期3、电磁振荡LC振荡电路：由电感线圈与电容组成，在振荡过程中，q、I、E、B 均随时间周期性变化振荡周期：T = 2πsqrt[LC]4、电磁波的发射* 条件：足够高的振荡频率；电磁场必须分散到尽可能大的'空间* 调制：把要传送的低频信号加到高频电磁波上，使高频电磁波随信号而改变。
调制分两类：调幅与调频# 调幅：使高频电磁波的振幅随低频信号的改变而改变# 调频：使高频电磁波的频率随低频信号的改变而改变（电磁波发射时为什么需要调制？通常情况下我们需要传输的信号为低频信号，如声音，但低频信号没有足够高的频率，不利于电磁波发射，所以才将低频信号耦合到高频信号中去，便于电磁波发射，所以高频信号又称为“载波”）5、电磁波的接收* 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波频率相同时，接受电路中振荡电流最强（类似机械振动中的“共振”）。
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∞<y< ∞ ， ∞<z< ∞ ，空 间任一点是3个坐标曲面 x=x0、y=y0和z=z0的交点。
z
ez
ey P
O
y
ex
直角坐标系
第一章矢量分析与场论
ex ey ez ,ey ez ex ,ez ex ey
任一矢量A在直角坐标系中 可表示为
A Axex Ayey Azez
z
z0
o
y
x
d
圆柱坐标系的长度元、面积元和体积元
dV d ddz
A B = ( A B )e ( A B )e ( Az Bz )ez
第一章矢量分析与场论
A B ( Ae Ae Azez ) (Be Be Bzez )
A B A B Az Bz
A B ( A e A e Azez ) (B e B e Bzez ) ( A Bz Az B )e ( Az B A Bz )e ( A B A B )ez e e ez A A Az B B Bz
A
C
O
B
矢积不服从交换律，而服从分配律
第一章矢量分析与场论
标量三重积 A (B C) B (C A) = C ( A B)
矢量三重积 A (BC) B(AC) - C(A B)
1.2 常用的正交坐标系
1.2.1 直角坐标系
直角坐标系中的3个 坐标变量是x,y,z，它们的 变化范围分别是∞<x< ∞ ，
绪论
无线电波
视频
射频
f (Hz)3
(m) 108
3 103 105
3 106 102
微波
3 109 10-1
光波 可见光 红外线
紫外线
宇宙射线
x射线 射线
3 1012
3 1015
3 1018
10-4
10-7
10-10
电磁波的频谱图
绪论
♥ 电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社 会发布和获取信息的主要手段，主要研究领域
O x0 x
v F
P(x0,y0,z0) evz
evx
evy y0 y
A与B的矢量和
直角坐标系中一点的投影
A B ( Ax Bx )ex ( Ay By )ey ( Az Bz )ez
A与B的标积
A B = ( Axex Ayey Azez ) (Bxex Byey Bzez ) Ax Bx Ay By Az Bz
一个模为1的矢量称为单位矢量（Unit Vector）。
eA
A A
A
式中A为矢量A的模。
P
第一章矢量分析与场论
1.1.2 矢量的代数运算
交换律 A B B A
结合律 ( A B) + C A+ (B C) 矢量减法 A - B A (B)
1.1.3 矢量的标积与矢积 两个矢量与标积(Scalar Product)，称为点积（或
第一章 矢量分析与场论
主要内容： 矢量的基本概念、代数运算矢量分析基础 场论基础（梯度、矢量场的散度和旋度）
第一章 矢量分析与场论
1.1 矢量分析
• 1.1.1 标量（Scalar）和矢量(Vector) 一个仅用大小就能够完整描述的物理量称为标量，
例如，电压、温度、时间、质量、电荷等 。 既存在大小(或称为模)又有方向特性的量，称为矢量， 如电场强度、磁场强度、速度等等。
内积），以“A·B”表示。两个矢量与矢积，称为叉 积（Cross Product）（或外积），以“A×B”表示。
第一章矢量分析与场论
两个矢量的点积是一个标量
A B ABcos
矢量的点积服从交换律和分配律
AB B A
A(B C) A B AC
两个矢量的叉积是一个矢量
A B ec AB sin
为信息的产生、获取、交换、传输、储存、处
理、再现和综合利用。
无线电通讯：无线电通讯包括无线电话、电报和广 播等。它是将语言、音乐或电码符号通过声电转换让 辐射很强的电磁波托载着各种讯号（载波）发射传输 出去，再由接收器接收、检波、放大，重新转换成声 音或电码。
话筒 放大振荡 调制 放大 发送器 器 调谐 高频放大 检波 低频放大 器
在直角坐标系中，位置矢量
r xex yey zez
其微分为 dr dxex dyey dzez
第一章矢量分析与场论
1.2.2 圆柱坐标系
z
z
z为常数平面
0
z0
,P (
0
,
0
0,z0)
ez
e
y
O
ez
y
φ
0
e
x
e
x
e
为常数平面
φ为常数平面
圆柱坐标系由 , 和z三个坐标变量组成，它们的变
第一章矢量分析与场论
A与B的叉积
A B ( Axex Ayey Azez ) (Bxex Byey Bzez ) ( Ay Bz Az By )ex ( Az Bx Ax Bz )ey ( Ax By Ay Bx )ez
ex ey ez ＝ Ax Ay Az
Bx By Bz
接收 扬声
绪论
发射天线
接收天线
发射机
馈 线
导行波
导行波
馈 线
接收机
绪论
计算机的辐射量： 1、键盘 1000V/m 2、鼠标 450V/m 3、屏幕 218V/m 4、主机 170V/m 5、Notebook 2500V/m
绪论
三、电磁场理论的主要研究对象
♫ 电磁场的基本属性及其运动规律 ♫ 波与物质的相互作用及信息的提取 ♫ 电磁场系统的计算方法，仿真技术 ♫ 工程技术应用中的电磁场理论问题
在圆柱坐标系中，位置矢量为 r e zez
其微分元
dr d (e ) d (zez ) d e de dzez d e de dzez
第一章矢量分析与场论
在圆柱坐标系中，与3个坐标 单位矢量相垂直的三个面积 元分别为
z
d
d
r
dz
dS ddz
dS d，dz
dSz ，d d 体积元为
e
sin ex
cosey
e
e
cosex
siney
e
y
e
ey
e
P
ex
单位圆
x
直角坐标系与圆柱坐标系的单位矢量的关系
第一章矢量分析与场论
任一矢量A在圆柱坐标系中可以表示为
A A e A e Azez
其中A 、A 和 Az 分别是矢量A在 e 、e 和 ez 方向上的 投影。
化范围分别是 0 ， 0 2 ，－∞＜z＜∞。
第一章矢量分析与场论
圆柱坐标系与直角坐标系之间的变换关系：
＝ x2 y2 , arctan( y x), z z
或 x cos, y sin, z z
e e ez , e ez e , ez e e
e e 是随 变化的