1、,第十七章 電磁振蕩和電磁波,引：,電磁波-電磁場由近及遠傳播的過程,1.了解LC電路中電磁振蕩的規(guī)律和特點； 2.了解電磁波的產(chǎn)生和輻射，電磁波的能量。 3. 理解電磁波的基本性質(zhì)。,教學(xué)要求,歷史人物和重大事件：,M. Faraday(英國）：電磁感應(yīng)定律； J.C. Maxwell (英國）：電磁理論； H.R. Hertz(德國）：證實電磁波； G. Marconi(意大利）：無線電傳輸； 波波夫（蘇聯(lián)）：無線電傳輸； J. A. Fleming(英國）：1904年制成二極管； l.De. Forest(美國）：1906年發(fā)明三極管； 斯耳頓(英國）：1908年提出電視機的設(shè)計原理；,

2、1910年美國出現(xiàn)無線電廣播； 1925年美國制成光電顯像管和第一臺電視機； 1928年美國出現(xiàn)電視臺； 肖克萊，巴丁和布拉坦（美國）：1947年12月23日制成第一只晶體管，1950年日發(fā)明晶體管三極管； 1959年美國率先推出第一塊集成電路,.,現(xiàn) 在已是超大規(guī)模集成電路； 40和50年代發(fā)明計算機，.，巨型計算機； 二十一世紀：信息時代，你們的時代！,一 振蕩電路 無阻尼自由電磁振蕩,LC 電磁振蕩電路,171 振蕩電路 電磁振蕩,二、定量計算:,電能,磁能,電能,磁能,周期性變化,與諧振子的運動方程相似！,微分方程的解為：,將上式對時間求微分得：,電流和電荷都隨時間做周期性變化，其周期

3、及頻率分別為：,O,三 、 無阻尼電磁振蕩的能量,在無阻尼自由電磁振蕩過程中，電場能量和磁場能量不斷的相互轉(zhuǎn)化，其總和保持不變.,電磁場能量守恒是有條件的.,p88,要能有效地把電路中的電磁能量不斷發(fā)射出去，要對電路作如下改進：,(2) 電路必須開放, 使振蕩電路所產(chǎn)生的電磁場充分分散在周圍空間.,L = n2 V 要減小L 必須減小匝數(shù)和體積；要減小C 必須減小極板面積 S 和增大板間距d.,172 電磁波的產(chǎn)生和輻射,(1) 振蕩電路的頻率必須足夠高 電磁波的平均輻射功率,圖示增高振蕩電流頻率并開放電磁場的改進方法,當線圈匝數(shù)減小到用一根直線代替，電容器極板拉開，極板面積縮為一點時，L、C

4、 最小， 最大，且電磁場完全分散在周圍空間 這種直線兩端出現(xiàn)正負交替的等量異號電荷的振蕩電路稱為振蕩偶極子.,1、電磁波的傳播,按照麥克斯韋電磁場理論, 變化的電場在其周圍激發(fā)變化的磁場; 變化的磁場又要在其周圍激發(fā)變化的電場, 變化的電場和變化的磁場相互激發(fā)使電磁波在空間由近及遠傳播開來.,直線方向示意圖,1888年赫茲用振蕩偶極子產(chǎn)生出電磁波, 并接收到電磁波，在歷史上第一次直接驗證了電磁波的存在。驗證了麥克斯韋關(guān)于電磁場理論及光波是電磁波的預(yù)言.,2、電磁波存在的實驗驗證,赫茲實驗裝置如圖：,17 3 電磁波的基本性質(zhì),(1) 在靠近振蕩偶極子中心的小范圍內(nèi),電場分布與靜態(tài)的電偶極子的電

5、場相近, 電場線的兩端與正負電荷相連. 磁感線是以電偶極子為中心的一系列同心圓。,(2) 在離振蕩偶極子較遠的區(qū)域,振蕩偶極子在足夠遠處產(chǎn)生的電磁波為球面波. 以振蕩偶極子的中心為坐標原點，以偶極子的軸線為極軸取球坐標. P點為空間任一點其坐標為（r，）.,計算結(jié)果表明：P點的電場強度矢量沿球面的經(jīng)線方向；磁場強度矢量沿球面的緯線方向； 二者相互垂直并與傳播方向成右螺旋關(guān)系。,通過計算得在任意 t 時刻 E、H 的數(shù)值為：,式中 此即電磁波波速. (書第二冊p.10),(1),(2) 互相垂直，符合右手螺旋法則。,(3)在離振蕩偶極子很遠的地方 電磁波可視為平面波，此時函數(shù)變?yōu)椋?(1) 互相

6、垂直，且都與傳播方向垂直，即為橫波；,（2）在空間任一點上，E 和H 同位相，即同時達到最大，或最小；,2.平面簡諧電磁波的性質(zhì),（3）E 和H 有確定的關(guān)系： ，即知道E，可給出H（值）；,（4）電磁波的速度：,證實了麥克斯韋的斷言：光波是一種電磁波,17-4 電磁波的能量,1. 電磁波的能量,電磁波,電磁能量的傳播過程,電磁輻射,輻射能,能流密度：,單位時間通過垂直于波傳播方向的單位面積的輻射能，用S表示。,能量密度：,能流密度S：,因為能流密度矢量的方向就是電磁波的傳播方向即 速度v 的方向，而且v又與E和H垂直，并滿足右手螺旋關(guān)系，所以上式可寫成矢量式：,稱之為：坡印廷矢量,2. 電磁波的輻射功率,振蕩偶極子在單位時間內(nèi)輻射出去的能量稱為輻射功率P, 可將能流密度對整個球面積分而得, 即,所以在一周期內(nèi)的平均輻射功率為,交流電的頻率僅為50Hz, 故電路中因電磁輻射而損失的能量可忽略.,17-5 電磁波譜,請自學(xué)五分鐘！,我們把電磁波按波長(或頻率)進行排隊分類,所列的表稱為電磁波譜.,射線,射線,射線,電離能力,貫穿能力,速度,成分,氦原子核,高速 電子流,高能量 電磁