《光的电磁理论》PPT课件(I)

《《光的电磁理论》PPT课件(I)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、物理光学物理光学北极光第一章光波的基本性质§1.1光的电磁理论基础光是一种以场的形式按照电磁定律传播的电磁扰动Thisishowscientistsseetheworld中大学水准的物理方程七个，大学水准的数学方程两个，中学水准的生化方程两个1.1.1麦克斯韦方程组和物质方程8方程的积分形式麦克斯韦电磁场（1）有旋电场麦克斯韦假设（2）位移电流相互作用和交变的电场和磁场的总体，称为电磁场9涉及求解空间某给定点的电磁场的矢量问题：麦克斯韦方程组的微分形式是麦克斯韦方程组不仅适用于恒静的和缓变的电磁场，电磁波的实验事实表明，它对

2、于快速变化的电磁场也是适用的。哈密顿算子与梯度、散度、旋度Operator▽GradientDivergenceCurl哈密顿算子梯度(grad)散度(div)旋度(rot)定义向量微分算子称为▽(Nabla，奈布拉)算子,或哈密顿(Hamilton)算子哈密顿算子是一种微分运算符号，同时又看成是矢量，运算中具有矢量和微分的双重性质。考虑压强标量场，空间某点的梯度，记为，定义为如下矢量：1.大小等于压强在空间给定点单位长度上的最大变化率。(电势场)2.方向为给定点压强变化率最大的方向。笛卡尔坐标系下梯度表达式：梯度和方向导数

3、的关系：标量场的梯度(gradient)矢量场的散度(divergence)对矢量场，在笛卡尔坐标系下其散度定义为：对速度矢量场，流体微团运动分析证明速度散度的物理意义是标定流体微团运动过程中相对体积的时间变化率。一维正散度，就是一个水龙头，往外冒水，负散度，就是下水池，往外吸水。散度：描述的是向量场里一个点是汇聚点还是发源点三维向量场对某一点附近的微元造成的旋转程度。矢量场的旋度(curl)矢量分析基本公式:矢量积分定理：高斯定理:是空间区域上三重积分与其边界上曲面积分之间关系的定理。斯托克斯：定理是关于曲面积分与其边界曲

4、线积分之间关系的定理。麦克斯韦方程组的微分形式麦克斯韦方程组的微分形式式1是电场的高斯定律。表示电场可以是有源场，此时电力线必须从正电荷出发，终止于负电荷。微分形式的方程组只在介质中物理性质连续的区域成立，在不连续的界面，应该用积分形式的方程组。式2是磁通连续定律，即穿过一个闭合面的磁通量等于零，表示穿入和穿出任一闭合面的磁力线的数目相等。磁场是个无源场，磁力线永远是闭合的。式3是法拉第电磁感应定律。指出变化的磁场会产生感应电场，这是一个涡旋场，其电力线是闭合的。麦克斯韦指出，只要所限定面积中磁通量发生变化，不管有无导体存在

5、，必定伴随着变化的电场。式4是安培全电流定律。在交变电磁场的情况下磁场既包括传导电流产生的磁场，也包括位移电流产生的磁场。麦克斯韦认为，在激发磁场这一点上，电场的变化相当于一种电流，称为位移电流。位移电流是由变化电场产生的，与传导电流在产生磁效应方面是等效的，进一步揭示了电场和磁场的紧密关系。211.1.2物质方程(MaterialEquation)线性光学：、与光强无关；在透明、无损介质中=0；非铁磁性材料：r=12、非线性：光强很强：非线性光学1.1.3电磁波的波动微分方程从Maxwell方程到波动方程，证明电磁

6、场的波动性在无限大均匀介质中，＝常数，＝常数，并且不存在自由电荷和传导电流(ρ＝0，j＝0)。第三式的旋度代入四式，同样：电场和磁场以波动形式在空间传播，传播速度为v；解的形式取决于边界条件。电磁波在传播介质中的绝对折射率—真空光速/介质光速：式中r，r分别为相对介电系数和相对磁导率。除了铁磁物质之外，对于大多数物质，r=l，因而上式变为四、电磁波1889年，赫兹在实验中得到了波长为60厘米的电磁波，观察了电磁波在金属镜面上的反射，折射，以及干涉现象。赫兹的实验不仅以无可质疑的事实证实了电磁波的存在，而且也证明了电

7、磁波具有光波的性质。根据真空中的介电常数和磁导率得出真空中的光速：2.99794x108m/s实验结果计算出电磁波在真空中的速度为:3.1074x108m／s，测量的光速为：3.14858x108m／s。无线电、光、射线本质一样，只是波长不同。可见光：390nm~780nm29760nm400nm可见光电磁波谱红外线紫外线射线X射线长波无线电波频率波长短波无线电波电磁波谱30无线电波可见光红外线紫外光射线射线END电磁波谱真空中波长主要产生方式由炽热物体、气体放电或其他光源激发分子或原子等微观客体所产生的电磁辐射红外线可见光

8、红橙黄绿青蓝紫紫外线电磁波谱真空中波长主要产生方式用高速电子流轰击原子中内层电子而产生的电磁辐射X射线γ射线由放射性原子衰变时发出的电磁辐射或用高能粒子与原子核碰撞所产生电磁辐射1.2平面电磁波令补充：弹簧振子的运动分析得即具有加速度与位移的大小x成正比,而方向相反特征的振动称为简谐运动简