第十三章-波動PPT課件

1、但它們都具有波動的共同特征和規(guī)但它們都具有波動的共同特征和規(guī)律律 都具有一定的傳播速度 在波傳播過程中都伴隨有能量的傳播 都具有反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象水面波的折射光波的折射機械波和電磁波在本質(zhì)上并不相同第1頁/共93頁13-6 波的疊加原理 波的干涉13-5 惠更斯原理及其應(yīng)用13-4 波的能量 能流密度13-3 平面簡諧波的波函數(shù)13-2 機械波的傳播速度13-1 機械波的產(chǎn)生和傳播第2頁/共93頁13-12 電磁波譜13-11 電磁波的能量13-10 電磁波的基本性質(zhì)13-9 電磁波的產(chǎn)生和輻射13- -8 多普勒效應(yīng)13- -7 駐波第3頁/共93頁 能傳播振動的彈性介質(zhì)能傳播振動

2、的彈性介質(zhì) 如空氣、水、繩索等如空氣、水、繩索等一、機械波產(chǎn)生的條件 波源 作機械振動的物體，如聲帶、樂器的弦等不同強度的聲波波源聲強/dB聲強/dB第4頁/共93頁介質(zhì)中各點僅在平衡位置附近作振動t水面波傳播方向水面質(zhì)點軌跡水面波的振動形式比較復(fù)雜，水表面質(zhì)點沿橢圓軌道運動波動在彈性介質(zhì)中傳播時并不隨波流動前進第5頁/共93頁 由于形變引起的彈性力，介質(zhì)中一點的振動會引起鄰近質(zhì)點的振動，這振動又會帶動更遠的質(zhì)點振動。振動就由近及遠地向各個方向傳播形成波動。介質(zhì)具有彈性是機械波能在介質(zhì)中傳播的原因第6頁/共93頁二、橫波和縱波橫波 質(zhì)點振動方向和波的傳播方向相互垂直縱波 質(zhì)點振動方向和波的傳播

3、方向相同手移動方向手移動方向波傳播方向波傳播方向介質(zhì)繩介質(zhì)彈簧第7頁/共93頁 橫波的傳播過程波傳播方向t=0t=T/4t=T/2t=3T/4t=Tt傳波介質(zhì)質(zhì)點振動方向時刻 t 各質(zhì)點位置波形曲線第8頁/共93頁t=0t=T/4t=T/2t=3T/4t=T 縱波的傳播過程t波傳播方向傳波介質(zhì)質(zhì)點位置隨時間的變化振動曲線第9頁/共93頁1 s 傳播距離= v波傳播方向一完整波形長度三、波的傳播速度、波長和周期以及它們之間的關(guān)系 波長l l 波速(相速)v相鄰兩波谷距離波的傳播過程就是相位的傳播過程單位時間內(nèi)振動狀態(tài)(或相位)傳播的距離(即位移和運動方向相同) 質(zhì)點之間的距離沿傳播方向兩個相鄰的

4、相同相位第10頁/共93頁 頻率n n 周期Tvt=0t=Ttl l前進了一個波長完成了一個振動周期等于波源和各質(zhì)點的振動周期波前進一個波長所需的時間等于波源和各質(zhì)點的振動頻率波的周期的倒數(shù)第11頁/共93頁四、波動的幾個概念 波線（波射線） 波陣面（波前） 波面（同相面）Tvv n nl l 波速、波長和周期（頻率）之間的基本關(guān)系某一時刻 t 波動到達的各點連成的曲面在波動介質(zhì)中相相位同的點連成的曲面波傳播的方向第12頁/共93頁同相面波陣面 波線波陣面同相面 波線 球面波球面波 波陣面是球面波陣面是球面 平面波 波陣面是平面平面縱波球面縱波凝聚區(qū)稀疏區(qū)稀疏區(qū)以聲波為例凝聚區(qū)第13頁/共93

5、頁 例題例題13- -1 空氣中的聲速為空氣中的聲速為 320 m/s 時，振動時，振動解解 波源的頻率就是波的頻波源的頻率就是波的頻率率m8 . 0m400320 n nl lv音叉完成 1 次振動所需的時間（周期）為s40011 n nT由波長、頻率和波速之間的基本關(guān)系式得當音叉完成 30 次振動時，聲波傳播了多遠？頻率為400 Hz 的音叉產(chǎn)生的聲波的波長是多少？第14頁/共93頁完成 30次振動所需的時間為s 403s 4001303030 n nTt在30次振動時間內(nèi)聲波傳播的距離為m 24m 403320 tSv第15頁/共93頁一、物質(zhì)的彈性 彈性 應(yīng)力法向應(yīng)力壓應(yīng)力張應(yīng)力切向應(yīng)

6、力SFSFFFS外力撤除后物體會恢復(fù)原狀的性質(zhì)物體在外力作用下產(chǎn)生形變，物體形變時，單位面積的恢復(fù)力 F / S第16頁/共93頁法向應(yīng)力 = F / S llSFE1. 線應(yīng)變ASFFB l l楊氏模量線應(yīng)變 = l / l形變量VVSFK/2. 體應(yīng)變SF體積模量體應(yīng)變 = V / V法向應(yīng)力 = F / S 體積變化V第17頁/共93頁SFG 3. 切應(yīng)變切變模量 tanADx切應(yīng)變切向應(yīng)力 = F / S ASFFBx l形變量 物體彈性形變的勢能計算伸長量 x 由 0 到 l過程中，外力所作的功FFS xDA第18頁/共93頁200)(21d d llESxxlESxFWll 當棒伸

7、長為當棒伸長為 x 時時lxESF 則棒伸長量 x 由 0 到 l過程中，外力所作的功為222121 llEVllESl體積體積（線應(yīng)變）（線應(yīng)變）（楊氏模量）（楊氏模量） 221W即彈性物體的形變勢能為單位體積的形變勢能一般可表示為2p21（應(yīng)變）（應(yīng)變）（彈性模量）（彈性模量） w第19頁/共93頁二、傳播橫波和縱波的介質(zhì) 波的傳播速度橫波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的形變是切變縱波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的形變是體應(yīng)變橫波引起介質(zhì)切變放大只有固體才能傳播橫波只有固體中能產(chǎn)生切向應(yīng)力故固體、液體和氣體內(nèi)都能傳播縱波第20頁/共93頁可以證明 ： G v縱波的傳播速度為 K v介質(zhì)的體積模量介質(zhì)的密度固

8、體的密度固體的切變模量即取決于介質(zhì)的彈性模量和密度機械波的傳播速度完全取決于介質(zhì)的彈性和慣性橫波在固體中的傳播速度為第21頁/共93頁固體中固體中 E G E v楊氏模量介質(zhì)的密度即若縱波沿一細棒狀的介質(zhì)傳播則體積模量可用楊氏模量代替所以固體中縱波的傳播速度大于橫波的傳播速度以及介質(zhì)的密度，與頻率無關(guān)介質(zhì)的各種彈性模量和波的性質(zhì)（橫波、縱波）機械波的傳播速度完全取決于：第22頁/共93頁三子波的合成波方波可分解為無窮多子波的疊加無論是什么形式的波，都可視為是由許多最無論是什么形式的波，都可視為是由許多最簡諧波tTkkAk 31)12(2sinTtTkkAk 1)12(2sintTA2sintT

9、A32sin3 tTA52sin5 A簡單、最基本的簡諧波（余弦波）的合成波源和各質(zhì)點均作簡諧振動的波第23頁/共93頁在均勻介質(zhì)中沿在均勻介質(zhì)中沿 x 軸正向傳播的一平面簡諧波軸正向傳播的一平面簡諧波一、平面簡諧波的波函數(shù) 平面簡諧波的波函數(shù)yxxOPv波線波傳播方向質(zhì)點振動相對于平衡位置的位移已知原點O 的振動方程，需導(dǎo)出 P 點的振動方程能描述x 軸上各點振動情況的函數(shù)第24頁/共93頁即沿 x 軸正向傳播的平面簡諧波的波函數(shù)vxO 點相位傳到點相位傳到P 點所需時間為點所需時間為已知已知原點原點 O 點的振動方程為點的振動方程為 )cos( tAy )(cosvxtAy波的傳播過程中，

10、任意時刻、任一點的振動狀態(tài)波的傳播過程中，任意時刻、任一點的振動狀態(tài)P 點的振動方程原點O 的初相波的傳播就是振動相位的傳播P 點位移為vxt )(vxt P 點 t 時刻相位等于O點 時刻相位第25頁/共93頁T22 n n Tl llnln v沿沿 x 軸正向傳播的波函數(shù)軸正向傳播的波函數(shù)可寫成如下幾種形式：可寫成如下幾種形式：)(2cos l ln n xtAy)(cos vxtAy)(2cos l l xTtAy第26頁/共93頁 即 x = x0 處質(zhì)點的振動方程，初相為 當 x 一定時例如 x = x0 ，波函數(shù)變?yōu)閥tO二、波函數(shù) 的物理意義)(cos vxtAy)(cos0vx

11、tAy )(0vx x = x0 處質(zhì)點的振動曲線)cos(0vxA 第27頁/共93頁即 t = t0 時刻的波形方程 當 t 一定時例如 t = t0 ，波函數(shù)變?yōu)閥xOv波線波傳播方向)(cos0 vxtAyt = t0 時刻的波形該時刻各質(zhì)點的位移曲線 )cos(0 tA第28頁/共93頁t 時間內(nèi)波形移動距離這種在空間傳播的波稱為行波 若 t 與 x 都變化yxOv波傳播方向t 時刻的波形t +t 時刻的波形 x= v t兩波形上相相位同點x 波的傳播過程就是波形的傳播過程第29頁/共93頁)(vxt )(vxxtt xx t+ t 時刻，位于 處質(zhì)點的相位為 t 時刻，位于 x 處

12、質(zhì)點的相位為因兩質(zhì)點的相相位同，則)()(vvxxttxt 由波函數(shù)可得：表明經(jīng)過 t時間，波形向前推進了 x = v t 的距離即波形以速度 v 向前傳播第30頁/共93頁P 點相位傳送到O點所需時間為x / v 波沿x 軸負向傳播在均勻介質(zhì)中沿在均勻介質(zhì)中沿 x 軸負向傳播的一平面簡諧波軸負向傳播的一平面簡諧波yxxOPv波傳播方向已知原點O 的振動方程，需導(dǎo)出 P 點的振動方程第31頁/共93頁vxO 點相位落后點相位落后P 點的相位的時間為點的相位的時間為 已知已知原點原點 O 點的振動方程為點的振動方程為 )cos( tAy )(cosvxtAy即即沿沿 x 軸負向傳播的平面簡諧波的

13、波函軸負向傳播的平面簡諧波的波函數(shù)數(shù)P 點的振動方程原點O 的初相t 時刻P 點位移為波的傳播就是振動相位的傳播vxt t 時刻P 點相位等于O點 時刻相位第32頁/共93頁)(2cos l ln n xtAy)(cos vxtAy)(2cos l l xTtAyT22 n n Tl llnln v沿沿 x 軸負向傳播的波函數(shù)軸負向傳播的波函數(shù)可寫成如下幾種形式：可寫成如下幾種形式：第33頁/共93頁例題例題13- -2 沿沿 x 軸正向傳播的平面余弦波，原軸正向傳播的平面余弦波，原 解解 （1）原點振動初相原點振動初相 = p p/ 3，波長，波長l l=36m3)3618(2cos1062

14、 xty波形及該時刻波峰的位置坐標。（2）x = 9m 處質(zhì)點的振動方程；（3）t = 3s 時的為單位，t 以s為單位，波長為36m，求:(1)波函數(shù)；點的振動方程為y = 610-2cos(p p/9+p p/3)，其中y以m代入沿 x 軸正向傳播的波函數(shù)表示式，得波的振幅頻率等于原點振動的振幅頻率第34頁/共93頁3)2(9cos1062 xty或或其中x、y以m為單位，t 以s為單位。（2）在上式中，令 x=9m，即得所求振動方程)69cos(1062 ty（3）在波函數(shù)中，令 t = 3s ，即得該時刻的波形)1832cos(1062xy 第35頁/共93頁波峰處位移最大，即 y =

15、 610- -2m，將之1)1832cos( x由此得21832kx x = ( 12 36 k ) m, k=0 , 1 , 2 , 這就是各波峰的位置坐標與上式相比較得第36頁/共93頁例題例題13- -3 圖中實線為一平面余弦波在圖中實線為一平面余弦波在t = 0時時解 （1）y/m- -0.2x /mOv0.2ab0.20.4t 時間后的波形運動方向運動方向的振動方程；（3）波函數(shù)。向傳播，試求：（1）a、b的振動方向；（2）O 點刻的波形圖，此波形以v = 0.08m/s 的速度沿x 軸正第37頁/共93頁已知波速v=0.08 m/s，由基本關(guān)系式l l= vT 得s5s08. 04

16、 . 0 vl lT故 O 點的振動方程為)52cos(2 . 0)2cos( tTtAy初相 的計算：O點的振動速度為)52sin(08. 0dd tyut（2）由圖看出波的振幅 A=0.2m，波長l l = 0.4m，第38頁/共93頁cos = 0，sin 0t =0 時，O點的位移 y = 0， O點向下運動)252cos(2 . 0 ty其中y以m為單位，t 以s為單位即u 為負，代入以上二式得應(yīng)取 = p p/2 ，得O點的振動方程 = p p/2或3p p/2第39頁/共93頁（3）該平面余弦波的波函數(shù)為 )(cosvxtAy 2)0.08(52cos2 . 0 xt其中t 以s

17、為單位，x、 y以m為單位第40頁/共93頁波的傳播過程波的傳播過程既是既是振動的傳播過程振動的傳播過程一、波的能量)(cosvxtAy 波函數(shù)為 的簡諧縱波在棒中傳播xxBCOBCyy +y波線截面積 S取體積元 Sx平衡位置形變后 t時刻位置也是能量的傳播過程第41頁/共93頁介質(zhì)密度為介質(zhì)密度為，體積元，體積元BC質(zhì)量為質(zhì)量為xSm 2k21muW 因 x 很小，t 時刻體積元運動速度)(sin21222vxtAV 體積元的振動動能為)(sinvxtAtyu 該時刻體積元的伸長為y，則)(sinlim0vvxtAxyxyx 線線應(yīng)應(yīng)變變即x 處介質(zhì)的振動速度第42頁/共93頁 體積元的彈

18、性勢能為VxyEW212p VxtAE)(sin21222vv2 E v 2v E)(sin21222pvxtAVW 任一時刻體積元的動能和勢能完全相等由振動速度與彈性模量關(guān)系 相位相同，同時達到最大，同時為零第43頁/共93頁 體積元的總能量為)(sin222pkvxtVAWWW 表明在給定時刻表明在給定時刻)(sin222vwxtAVW 能量密度與平均能量密度介質(zhì)中單位體積內(nèi)波的能量稱為波的能量密度介質(zhì)中能量以波的形式傳播各體積元的總能量隨空間位置 x 作周期性變化第44頁/共93頁能量密度在一個周期內(nèi)的平均值稱能量密度在一個周期內(nèi)的平均值稱平均能量密度平均能量密度22021d1 AtTT

19、 ww二、能流和能流密度通過某一面積的平均能量vSvwSvSvw2221ASp 波傳播方向1 s 內(nèi)通過S 面的能量都在此柱體內(nèi)v平均能量稱為通過該面積的平均能流 單位時間內(nèi)第45頁/共93頁vvw2221ASpI nvS強度為強度為 I 的波的波 cosII 能流密度（波的強度）能流密度為矢量，方向與波速方向相同v2221AI I通過垂直于波傳播方向的單位面積的平均能流即則穿過該平面的平均能流為傳播方向與平面 的夾角為第46頁/共93頁三、平面波和球面波的振幅S)(cosvxtAy 1. 平面波的振幅兩個面的平均能流分別為SASpvvw2121121 SASpvvw2222221 平面簡諧波

20、vS波傳播方向1p2pA1、A2分別為兩個面處波的振幅即介質(zhì)不吸收波的能量21pp 對平面波，振幅不變 A1 = A2，則第47頁/共93頁S1S2r2r1O2. 球面波的振幅通過兩個球面的平均能流相等2222221212421421rArAvv A1、A2分別為兩球面上波的振幅1221rrAA 球面簡諧波的波函數(shù)為)(cosvrtrAy 得在數(shù)值上 A 等于波源2p1p 若介質(zhì)不吸收能量離開波源單位距離處波的振幅第48頁/共93頁 惠更斯原理 介質(zhì)中波動傳到的各點都可以看作新的波源介質(zhì)中波動傳到的各點都可以看作新的波源一、惠更斯原理只要知道某一時刻的波陣面就可以根據(jù)這一原理來決定次一時刻的波

21、陣面就是該時刻的新波陣面其后任一時刻這些新的子波的前方包絡(luò)這些新波源發(fā)射的波稱為次級子波第49頁/共93頁球面波的傳播平面波的傳播t 時刻的波陣面t 時刻的波陣面t + t 時刻的波陣面波線新波源rr =v t 波線新波源子波波陣面rr =v t 第50頁/共93頁二、波的衍射波偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為波的波偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為波的衍射現(xiàn)象衍射現(xiàn)象BA新波源波線子波波陣面新波陣面惠更斯原理對衍射現(xiàn)象的說明第51頁/共93頁BAd波線新波源波長愈短衍射愈不顯著，而方向性則愈強衍射現(xiàn)象是波的共同特征與縫寬 d比較，波長 l l 愈長衍射現(xiàn)象愈顯著第52頁/共93頁三、波的反射與折射入射線、反射入射

22、線、反射AACDMNIReniiCCA1.1.波的反射定律界面法線A點子波波陣面新波源C點子波波陣面i = i用惠更斯原理可推出反射和折射定律要形成反射波與折射波當波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時反射角等于入射角一平面內(nèi)線與界面的法線在第53頁/共93頁波的折射定律 2121sinsinnri vv相對折射率2. 波的折射定律AACDMNIReniC界面法線A點子波波陣面C點子波波陣面n1EiADtDAsin1 virADtAEsin2 vr折射波傳播方向n2由幾何關(guān)系得 1221nnn 新波源第54頁/共93頁幾列波在同一種介質(zhì)中相遇幾列波在同一種介質(zhì)中相遇一、波的疊加原理幾列波在同一種介質(zhì)中相遇

23、 波的疊加原理 波的獨立傳播特性并按原傳播方向繼續(xù)前進各自頻率、波長、振幅及振動方向等仍保持不變各列波分別引起的振動的合成（疊加）在相遇區(qū)域，介質(zhì)質(zhì)點的振動為第55頁/共93頁波的干涉現(xiàn)象在兩列波的在兩列波的相遇區(qū)域相遇區(qū)域二、波的干涉頻率相同頻率相同某些點振動互相減弱(振幅減小)某些點振動互相加強(振幅增大)發(fā)出的波為相干波相干波源(或初相差恒定的)振動方向相同初相相同兩個波源第56頁/共93頁三、兩列相干波互相加強與減弱的條件兩個相干波源 S1、S2 振動方程分別為)cos(11010 tAy)cos(22020 tAy )2(cos1111l l rtAy )2(cos2222l l r

24、tAy介質(zhì)中波長為介質(zhì)中波長為 l l，兩列波在，兩列波在 P 點引起的振動分別為點引起的振動分別為1r2rS1S2P第57頁/共93頁)cos(21 tAyyyP 點合振動為點合振動為)2cos(21212212221l l rrAAAAA )2cos()2cos()2sin()2sin(arctan222111222111l l l l l l l l rArArArA 其中兩波在 P點所引起的振動的相位差 2 1212l l rr 對 點振幅起決定性作用P第58頁/共93頁 當 （k = 0、1、2、 ）時2k 當 （k =0、1、2、 ）時) 12( k 當 1 = 2 時，則有l(wèi) l

25、 l ll l 2222112 rrrr兩相干波源到兩相干波源到P點的路程差點的路程差，稱為，稱為波程差波程差A(yù) = A1 + A2 振動最強A = A1 - A2 振動最弱此時相位差的數(shù)值僅決定于第59頁/共93頁加強減弱S1S2加強加強減弱減弱減弱第60頁/共93頁22k l l 合振幅最大), 2, 1, 0(2221 kkrrl l 當時)12(2 kl l 合振幅最小), 2, 1, 0(2)12(21 kkrrl l 當時半波長的偶數(shù)倍半波長的奇數(shù)倍用波程差 判斷干涉圖樣分布情況第61頁/共93頁一、駐波的形成兩列頻率相同、振動方向相同、振幅相等、在同一直線上沿相反方向傳播的波疊加

26、后生成駐波波腹（振幅最大）波節(jié)（靜止不動）另一種介質(zhì)反射波入射波反射波與入射波疊加后可生成駐波第62頁/共93頁0 t4Tt 2Tt 43Tt 向左傳播的波向右傳播的波波腹 節(jié)點 波腹波腹波腹節(jié)點節(jié)點合 成 的 波 形xxx第63頁/共93頁二、駐波方程（選擇一波腹處為坐標原點） )(2cos2l ln nxtAy )(2cos1l ln nxtAy21yyy txAn nl l2cos2cos2 沿x 軸正向傳播的波沿x 軸負向傳播的波合成波xyO相 位 l lxA2cos2這是一個這是一個振幅振幅為為 的的簡諧振動方程簡諧振動方程第64頁/共93頁三、駐波的特征三、駐波的特征02cos l

27、 lx 波節(jié)位置波節(jié)位置4)12(l l kx12cos l lx 波腹位置2l lkx xyO2l l兩節(jié)點間各點相相位同 節(jié)點兩側(cè)相相位反 , 2 , 1 , 0 k第65頁/共93頁四、半波損失四、半波損失入射波從波疏介質(zhì)射向波密介質(zhì)入射波從波疏介質(zhì)射向波密介質(zhì)介質(zhì)的密度 和波速 v 的乘積11v 22v 入射波反射波透射波波阻相反為波疏介質(zhì)波阻較大的介質(zhì)稱為波密介質(zhì)相位突變p p，稱為半波損失又反射回波疏介質(zhì)第66頁/共93頁聲波的多普勒效應(yīng)聲調(diào)變高聲調(diào)變低靜止稱為多普勒效應(yīng)與波源的振動頻率不同則觀察者接受到的頻率者相對于介質(zhì)是運動的如果波源或觀察者或二第67頁/共93頁波源發(fā)出的波頻

28、率為n n , ,波長為l l, ,傳播速度為 v 1. 波源與觀察者相對介質(zhì)為靜止時n n = 1 s 內(nèi)接收的波長數(shù)n nl ln n vn n =1 s 內(nèi)發(fā)出的波長數(shù)觀察者vvv波源波源發(fā)出的波的頻率觀察者接收到的頻率第68頁/共93頁波相對于觀察者的速度Ovv u2. 波源靜止，觀察者以速度 vO 運動時波源靜止觀察者接收到的頻率為n nl ln nv/vvO un nn nvvvO 觀察者遠離波源n nn n 觀察者接近波源n nn n vO觀察者vvvl l第69頁/共93頁3. 觀察者靜止，波源以勻速度 vS運動時波源觀察者vSl l 波源前方波長變短l ln n Svvn n

29、l lSvv v- -vSvSvl l l l傳播方向n nl ln nSvvvv 波源運動波源靜止第70頁/共93頁n nn n 當波源向觀察者運動時，有n nn n 當波源遠離觀察者運動時，有4. 波源和觀察者都相對于介質(zhì)運動時n nl ln nSOvvvv un nl lSvv Ovv u第71頁/共93頁l 馬赫錐vStutvS馬赫錐馬赫角馬赫數(shù)Sarcsinvu uSv 多普勒效應(yīng)的應(yīng)用波源的速度超過波速時，多普勒效應(yīng)失效波陣面是以波源為頂點的錐面 馬赫錐第72頁/共93頁子彈在掠過空氣層的沖擊波交警利用多普勒效應(yīng)檢測車速第73頁/共93頁一、麥克斯韋電磁場理論的基本概念變化的磁場激

30、發(fā)渦旋電場變化的電場激發(fā)渦旋磁場EHHEE變化的磁場激發(fā)渦旋電場變化的電場和變化的磁場不斷地交替產(chǎn)生由近及遠地向外傳播而形成電磁波第74頁/共93頁電磁波輻射功率 P n n 4 （輻射源振蕩頻率n n ） 振蕩電路所產(chǎn)生的電磁場應(yīng)分散在周圍空間要使要使 n n 足夠大，足夠大， L 和和 C 必須足夠小必須足夠小二、振蕩電路輻射電磁波的條件與方法 頻率高的振蕩電路才有足夠的輻射功率實際上電場和磁場分別集中在電容器和自感線圈中LC21 n n使電磁場能量不能傳播出去第75頁/共93頁 提高電磁振蕩的頻率并形成開放電磁場的方法+ + + + +- - - - -+ + + + +- - - -

31、-+ + + + +- - - - -+ + + + +- - - - -L 、C 減小，n n 增大，電磁場逐漸分散這種直線形振蕩電路稱為振蕩電偶極子LC21 n n考慮到nL dSC 第76頁/共93頁1888年赫茲用電磁振蕩的方法產(chǎn)生了電磁波，年赫茲用電磁振蕩的方法產(chǎn)生了電磁波，并證明電磁波的性質(zhì)與光波相同，從而證實了麥克并證明電磁波的性質(zhì)與光波相同，從而證實了麥克斯韋的電磁波理論和光是一種電磁波的預(yù)言。斯韋的電磁波理論和光是一種電磁波的預(yù)言。赫茲實驗裝置赫茲實驗示意圖赫茲振子感應(yīng)圈諧振器AB發(fā)射接收第77頁/共93頁磁場線是以振蕩電偶極子為軸的疏密相間的同心圓一、振蕩電偶極子發(fā)射的電磁

32、波振蕩電偶極子附近電磁場的變化電場線電場線磁場線方向磁場線方向電場線形成閉合圈向外擴張第78頁/共93頁振蕩電偶極子兩端有交替變化的電荷其電矩為tqq cos0 tptlqlqp coscos00 + q- - qIlrHExyzpP振蕩電偶極子簡化模型振蕩電偶極子產(chǎn)生的電磁波為球面波第79頁/共93頁振蕩電偶極子在足夠遠處產(chǎn)生的電磁波為球面波)(cos4sin),(202vvrtrrptrE )(cos4sin),(02vvrtrptrH 1 v其中 為電磁波的速度電振動和磁振動矢量大小分別為第80頁/共93頁傳播方向磁振動電振動在不大的范圍內(nèi)，影響振幅的r、 可視為恒量)(cos0vrtEE )(cos0vrtHH 電振動、磁振動與波的傳播方向三者相互垂直，滿足右手螺旋法則在離振蕩電偶極子很遠的地方電磁波可視為平面波振動矢量可寫為第81頁/共93頁二、電磁波的基本性質(zhì)2.2.在空間任一點，在空間任一點，E 和和 H同相位同相位3.3.在空間任一點在空間任一點 E 和和 H 有確定的量值關(guān)系有確定的量值關(guān)系HE 4.4.電磁波的傳播速度真空中1.1.電磁波的振動矢量電磁波的振動矢量 和和 相互垂直相互垂直EH1 v m/s 10998. 2