2022-2023学年高二物理竞赛课件：平面电磁波的性质

平面电磁波的性质 2 平面电磁波的性质 1、横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直波的传播方向。 2、E、B、k互成右手螺旋系。 3、E和 B同相 3 沿空间任一方向 k 传播的平面波 复振幅：只关心光波在空间的分布。 换一个角度，坐标轴的选择没有刚好在波的传播方向上。 3 4 波动公式： 具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。 5 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 6 五、球面波和柱面波 1、球面波：任意时刻波振面为球面的光波 公式 公式的意义 平面波的实现：足够远处的球面波或者用透镜对球面波进行转化 7 球面波的求解 由于对称性,可将波动方程转化为球坐标下的方程。选择振动源作为坐标原点,则知：波函数A(r,t)只与r有关，与方位无关 可以证明：这样的波函数 A(r,t)满足下式： 标准波动方程 变为： 8 上式亦可写为： 若将ｒＡ（ｒ，ｔ）看成一体，这个方程和一维波动微分方程有完全相同的形式。 它的解为： 或 此即为球面波波函数的一般形式。 9 2、柱面波 （具有无限长圆柱波面的波，一般由线光源产生） 公式 公式的意义 光是电磁波，光源发光就是产生物体电磁辐射。物体的发光实质上是组成物体的分子、原子发光。因为大部分物体的发光属于原子发光类型，所以可以只研究原子辐射电磁波的情况。 10 光波的辐射 一、电偶极子辐射模型 经典电磁场理论把原子发光看作是原子内部过程形成的电偶极子的辐射。原子由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子组成，在外界能量的激发下，原子核和电子产生剧烈运动，发生相互作用，使得原子的正电中心和负电中心通常并不重合，且两者间的距离在不断发生变化，形成一个振荡电偶极子。设原子核所带电荷为q，正负电中心的距离（矢径）为l，方向由负电中心指向正电中心，原子的电矩为p = q l 最简单的情况是：振荡电偶极子是电矩随时间作余弦（或正弦）变化 原子作为一个振荡电偶极子，必定在周围空间内产生交变的电磁场，右图是电偶极子附近电场中电力线的分布图示。 应用麦克斯韦方程组对振荡电偶极子辐射的电磁场进行计算，得到如下结果： 11 1、作简谐振荡的电偶极子在距离很远的M点辐射的电磁场的数值为 式中：r为电偶极子到M点的距离，为r与电偶极子轴线间夹角 k p  r E 电偶极子辐射的电磁波是一个以电偶极子为中心的发散球面波，但球面波的振幅是随角而变的。 B M $