当前课程知识点:大学物理2 (电磁学、光学和量子物理) >  WEEK8 >  电磁波、坡因廷矢量和光压 >  电磁波

返回《大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)》慕课在线视频课程列表

电磁波在线视频

电磁波

下一节:坡印廷矢量

返回《大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)》慕课在线视频列表

电磁波课程教案、知识点、字幕

同学们好

我们讲21.3节 电磁波

麦克斯韦在1865年

预言了电磁波

1886年

赫兹用实验验证了电磁波的存在

这是一个视频

电磁波的发射和接收

这个实验演示电磁波的发射和接收

这是电磁波发射装置

这是偶极振子天线

我再用一个偶极振子天线

来接收这个电磁波

当我的天线和发射天线平行的时候

接收的功率最大

我们看 现在灯泡微微亮

越来越近的时候

接收的功率越来越大

如果接收天线和发射天线垂直

我们看 几乎接收不到电磁波

大家想想为什么这样

第一 电磁波的波动方程

既然是波就有波动方程

我们看电磁波的波动方程应该什么样子

这是电场的波动方程

这是磁场的波动方程

其中算符倒三角平方是这个意思

对x的两阶偏导数

对y的两阶偏导数

和对z的两阶偏导数

这个倒三角的平方

就是倒三角点乘倒三角

我们看一下

如何推导电磁波的波动方程

假设在均匀无限大介质中

没有自由电荷 也没有传导电流

D跟E以及B跟H的关系是这个样子

麦克斯韦方程组原来的形式是这个样子

其中ρ0是自由电荷的密度

j0是传导电流的电流密度

在这种情况下

ρ0=0 j0=0的情况下

我们可以把这四个方程写成

这边的样子 ρ0=0

电场的旋度本来是跟

D的时间变化率有关

我把B用H代表

这块也把B用H代表

这块我把D用E代表

这个式子我就得到这么四个方程

从这四个方程就可以得到

上面讲的电磁波的波动方程

首先把这个式子

把这个方程对时间求导

这边对时间求导

这边对时间求导

就是关于E的二阶导数

因为E的旋度等于这个

这是方程中的一个方程

所以把偏H偏t代到这个里面

就得到这个方程

涉及到关于E的旋度

再做旋度

这个我用这个公式

这是矢量公式

我们就得到下面的结果

就是把它用它代表

就得到这个结果

因为这个等于0

方程中有这个等于0

因为我们没有自由电荷

空间没有电荷

所以由它就得到这个结果

这个就是关于电场的波动方程

同理也可以得到关于磁场的波动方程

这个推导大家看一下明白就可以了

我们看一下一维平面电磁波的波动方程

我们假设电磁波沿着x方向传播

并且是平面电磁波

对于电场强度和磁场强度

只和x t有关

这时候的波动方程应该是这个样子

其中εμ应该等于波速的平方的倒数

好 这就是波速

这是波函数

这是电场强度沿着x方向的波函数

E0是电场强度这个波的振幅

ω是圆频率

负号代表沿着x正方向传播

正号代表沿着x反方向传播

这是磁场强度

这是由这两个方程得到的

电场和磁场的波函数

我们看一下电磁波的主要性质

这些性质我们不做严格的证明

直接给出

首先看波速

波速按照刚才的方程是这个样子

那我可以把它写成

光速比上根号εrμr

εr和μr分别是相对介电常量

和相对磁导率

我们把这个开方写成n

n就是这种介质

对光或者对电磁波的折射率

其中真空中的光速是ε0

μ0开方分之一

介质的折射率等于根号εrμr

对于非铁磁性介质

μr近似等于1

所以近似等于εr开方

波矢是2π/λ也就是ω/v

电磁波是横波

电场强度和波矢垂直

磁场强度和波矢垂直看这个图

红的代表电场强度的振动

蓝的代表磁场强度振动

k代表波矢方向

也就是波 传播的方向

第三 E H k互相垂直

并且呈右手螺旋关系

E×H是k H×k是E等等

这三个矢量互相垂直

并且呈右手螺旋关系

第四 E和H同相位

H跟E的关系是差一个ε/μ开方

它们的相位是相同的

在真空中我们可以把电场

和磁场的关系写成这个样子

结论是电场强度

等于磁感应强度乘上光速c

具体是这么求的

我们再用H跟B的关系得到这个结果

所以磁感应强度和

电场强度的关系是这个关系

好 这一节就讲到这 谢谢

大学物理2 (电磁学、光学和量子物理)课程列表:

WEEK1

-电荷和库仑定律

--引言

--电荷

--库仑定律

-WEEK1--电荷和库仑定律

-电场及叠加原理,电偶极子

--电场和电场强度

--点电荷电场及叠加原理

--点电荷电场及叠加原理(续1)

--点电荷电场及叠加原理(续2)

--点电荷电场及叠加原理(续3)

-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子

-高斯定律

--电通量

--立体角*

--高斯定律的证明*

--高斯定律和电场线

--高斯定律的应用

--高斯定律的应用(续)

-WEEK1--高斯定律

-WEEK1--本周作业

-week1课件

WEEK2

-静电场环路定理、电势和叠加原理

--环路定理

--电势和叠加原理

--电势和叠加原理(续)

--电势梯度

--等势面

-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理

-静电能

--电荷系静电能

--电荷系静电能(续1)

--电荷系静电能(续2)

-WEEK2--静电能

-导体静电平衡

--物质中电场

--导体静电平衡

--导体静电平衡条件(续1)

--导体静电平衡条件(续2)

-WEEK2--导体静电平衡

-WEEK2--本周作业

-week2课件

WEEK3

-导体周围电场

--有导体时静电场的计算

--有导体时静电场的计算(续)

-WEEK3--导体周围电场

-静电屏蔽

--导体壳与静电屏蔽

-WEEK3--静电屏蔽

-电容及电容器

--电容及电容器

--电容及电容器(续)

-WEEK3--电容及电容器

-电介质

--介质对电场的影响

-WEEK3--电介质

-极化强度矢量,极化电荷

--极化强度

--极化电荷

-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷

-WEEK3--本周作业

-week3课件

WEEK4

-极化规律、电位移矢量

--电介质的极化规律

--电介质的极化规律(续)

--电位移矢量及其应用

--电位移矢量及其应用(续)

-WEEK4--极化规律、电位移矢量

-有介质时静电场能量

--有介质时静电场能量

-WEEK4--有介质时静电场能量

-电流密度、稳恒电流和稳恒电场

--电流密度

--稳恒电流和稳恒电场

-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场

-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

--电动势

--欧姆定律

--欧姆定律(续)

-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

-电流微观图像和暂态过程

--电流微观图像

--电容器的充放电(暂态过程)*

-WEEK4--电流微观图像和暂态过程

-本周作业

--week4--本周作业

-week4课件

WEEK5

-洛仑兹力、磁感应强度

--电流磁效应

--磁场和磁感应强度

-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度

-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

--毕-萨-拉定律

--毕-萨-拉定律(续)

--磁场高斯定律

-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

-静磁场环路定理

--安培环路定理及其应用

--安培环路定理及其应用(续1)

--安培环路定理及其应用(续2)

-WEEK5--静磁场环路定理

-安培力和霍尔效应

--带电粒子在磁场中的运动

--霍尔效应

--安培力

-WEEK5--安培力和霍尔效应

-WEEK5--本周作业

-week5课件

WEEK6

-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩

-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

-磁介质对磁场的影响和原子磁矩

--磁场中的磁介质

--原子的磁矩

-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩

-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

--磁介质的磁化

--磁化电流

--有磁介质时磁化的规律

-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

-WEEK6--本周作业

-week6课件

WEEK7

-铁磁介质和简单磁路

--磁场的界面关系

--铁磁性材料

-WEEK7--铁磁介质和简单磁路

-法拉第电磁感应定律

--法拉第电磁感应定律

--电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

-WEEK7--法拉第电磁感应定律

-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

--动生电动势

--感生电动势和感生电场

--涡电流

-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

-自感和互感

--自感

--互感

-WEEK7--自感和互感

-WEEK7--本周作业

-week7课件

WEEK8

-暂态过程和磁场能量

--RL电路的暂态过程

--磁场的能量

-磁场和电场的相对性

--电场和磁场的相对性

-位移电流和麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组和电磁波

--麦克斯韦方程组

-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组

-电磁波、坡因廷矢量和光压

--电磁波

--坡印廷矢量

--电磁波的动量

--光压——辐射压强

-本周作业

--week8--本周作业

-week8课件

WEEK9

-波动光学—引言

--波动光学——引言

-WEEK9--波动光学—引言

-杨氏双缝干涉、相干光

--光的干涉

--双缝干涉

-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光

-光源及发光性质

--光源的发光特性

--时间相干性

--空间相干性

-WEEK9--光源及发光性质

-光程、等倾和等厚干涉

--光程

--薄膜干涉(一)

--薄膜干涉(二)

-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉

-迈克耳逊干涉仪

--迈克耳逊干涉仪

-WEEK9--本周作业

-week9课件

WEEK10

-衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

--惠更斯原理

--单缝夫琅禾费衍射

--单缝夫琅禾费衍射(续)

-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

-光栅衍射

--光栅衍射

--光栅衍射(续)

-WEEK10--光栅衍射

-光学仪器分辨本领

--光学仪器的分辨本领

--光学仪器的分辨本领(续)

-WEEK10--光学仪器分辨本领

-X射线晶体衍射

--X射线的衍射

-WEEK10--X射线晶体衍射

-WEEK10--本周作业

-week10课件

WEEK11

-光的偏振状态和偏振片

--光的偏振状态

--光的偏振状态(续)

--起偏和检偏

-WEEK11--光的偏振状态和偏振片

-反射和折射光偏振

--反射和折射及散射光的偏振

-WEEK11--反射和折射光偏振

-晶体双折射、波片

--双折射

--双折射(续)

--波片

-WEEK11--晶体双折射、波片

-偏振光干涉、人工双折射和旋光

--偏振光的干涉

--人工双折射

--旋光现象

-WEEK11--偏振光干涉、人工双折射和旋光

-量子物理诞生和黑体辐射

--量子物理

--黑体辐射

-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射

-WEEK11--本周作业

-week11课件

WEEK12

-光电效应、光子和康普顿效应

--光电效应

--光子

--光子(续)

--光子(续2)

--康普顿效应

-WEEK12--光电效应、光子和康普顿效应

-物质波、波函数和概率密度

--物质波

--波函数

--波函数(续)

-WEEK12--物质波、波函数和概率密度

-不确定性关系

--不确定关系

-WEEK12--不确定性关系

-薛定谔方程

--薛定谔方程

-WEEK12--薛定谔方程

-一维无限深势阱

--一维无限深势阱

-WEEK12--一维无限深势阱

-WEEK12--本周作业

-week12课件

WEEK13

-一维问题

--一维谐振子

--势垒穿透

--扫描隧道显微镜

-WEEK13--一维问题

-氢原子能级和角动量

--原子中的电子

--玻尔理论发展的基础

--氢原子的量子力学处理

--能量量子化

-WEEK13--氢原子能级和角动量

-电子自旋、费米子和泡利不相容原理

--电子自旋与自旋轨道耦合

--碱金属原子光谱的双线

--微观粒子的不可分辨性

--各种原子核外电子排布

-WEEK13--电子自旋、费米子和泡利不相容原理

-WEEK13--本周作业

-week13

WEEK14

-X射线、激光、分子光谱简介

--video

--Video

--分子光谱简介

--激光

--光学谐振腔

-WEEK14--X射线、激光、分子光谱简介

-固体电子气模型和量子统计

--固体

--自由电子气体模型

--量子统计

-WEEK14--固体电子气模型和量子统计

-能带模型

--能带

-能带模型--作业

-本周作业

--WEEK14--本周作业

-week14

WEEK15

-半导体和PN结

--Video

--Video

-WEEK15--半导体和PN结

-原子核性质、核磁共振

--Video

--Video

--Video

-WEEK15--原子核性质、核磁共振

-放射性和衰变规律

--Video

--α衰变

--穆斯堡尔效应

--β衰变

-WEEK15--放射性和衰变规律

-结合能、核力

--核的结合能

--核力

-WEEK15--结合能、核力

-粒子物理简介

--基本粒子

-WEEK15--粒子物理简介

-本周作业

--WEEK15--本周作业

-week15课件

期末考试

-期末考试--期末考试题Part1

-期末考试--期末考试Part2

-期末考试--期末考试Part3

电磁波笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。