最新工程光学第十一章光的电磁理论基础剖析ppt课件.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑

2、什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅工程光学第十一章光的电磁理论基础剖析§10-1光的电磁性质一、电磁场的波动性（

3、一）麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是麦克斯韦把稳定电磁场（静电场和稳恒电流的磁场）的基本规律推广到不稳定电磁场的普通理论总结。其微分形式为：2D表示电感强度（电位移矢量），ρ为封闭曲面内的电荷密度。电位移的散度等于该点处自由电荷的体密度。第一式为电场的高斯定理，表示电场可以是有源场，此时电力线发自正电荷，终止于负电荷。B表示磁感强度。磁感强度的散度处处为零。第二式为磁通连续定律，即穿过一个闭合面的磁通量等于零，表明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。3物质方程给出了媒质的电学和磁学性质，它们是

4、光与物质相互作用时媒质中大量分子平均作用的结果。麦克斯韦方程组和物质方程组成一组完整的方程组，用于描述时变场情况下电磁场的普遍规律。（三）电磁场的波动性1、任何随时间变化的磁场在周围空间产生电场，这种电场具有涡旋性。2、任何随时间变化的电场（位移电流）在周围空间产生磁场，磁场是涡旋的。电场和磁场紧密相联，其中一个起变化时，随即出现另一个，它们相互激发形成统一的场——电磁场。交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播，就形成了电磁波。7从麦克斯韦方程组出发，可证明电磁场传播具有波动性。为简单，讨论在无限大各向同性均匀介质的情况，此时

5、，介电常数(电容率）ε、磁导率μ是常数，电导率σ=0。若电磁场远离辐射源，则封闭曲面内的电荷密度=0，=0因此麦克斯韦方程组可简化为：8取上式的旋度，并将代入，得根据矢量分析基本公式同理可得9上述两式具有一般的波动微分方程的形式，表明E和H随时间和空间的变化是遵循波动的规律的，电磁场以波动形式在空间传播。电磁波的传播速度：与介质的电学和磁学性质有关。称为波动微分方程，表明电场和磁场以波动形式在空间传播。10当电磁波在真空中传播时，其传播速度为电磁波在真空中的传播速度为这一数值与实验测定的光在真空中的传播速度一致，说明光波是电磁波

6、。电磁波具有与光波相同的反射、折射、相干、衍射和偏振特性，它的传播速度等于光速。在介质中，引入相对介电常数和相对磁导率得电磁波的速度称电磁波在真空中的速度与介质中速度的比值为介质对电磁波的折射率：113800Å紫7600Å红380——450——500——550——600——650——760nm紫蓝绿黄橙红可见光,即能引起人的视觉的电磁波。它的频率在3.8×1014～7.6×1014Hz之间,相应真空中的波长在7600Å～3800Å之间。不同频率的光，颜色也不同。频率与颜色如下表所示。12二、平面电磁波及其性质利用波动微分方程，可求

7、出E、B的多种形式的解。如平面波、球面波和柱面波。根据傅里叶变换，可将解分解成各种频率的简谐波及其叠加。下面以平面波为例求解波方程。（一）波动方程的平面波解平面电磁波是在与传播方向正交的平面上各点电场或磁场具有相同值的波。设平面波沿直角坐标系的Z向传播，则E、B仅是z和t的函数。即波动方程变为：13这正是行波的表达式。表明源点的振动经过一定的时间推迟才传播到场点。表明电磁场是逐点传播的。（二）平面简谐电磁波的波动公式上面求出的的波动方程的通解，其特解将取决于源的波动形式，现取简谐振动作为波动方程的特解，则平面简谐电磁波的波动公式为

8、：14平面简谐电磁波的波动公式为：利用物理量之间的关系：引入波传播方向上的波矢量15其大小k（称为空间角频率或波数）为：所以，波动公式可写成此即为一个具有单一频率，在时间和空间上无限延续的波。当t一定时，则E是以波长λ为周期的周期分布，可以用与λ有