电磁波的发现及应用

3.1电磁波的发现

学习目标:

1．理解麦克斯韦的电磁场理论．

2．知道电磁波是如何形成的．

3．知道赫兹实验在物理学发展中的贡献．

4．掌握电磁波的传播速度．

重点: 掌握电磁波的传播速度理解麦克斯韦的电磁场理论

难点: 知道电磁波是如何形成的

自主预习:

[知识梳理]

一、麦克斯韦的电磁场理论

1．变化的磁场产生电场

(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．

(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场．

2．变化的电场产生磁场

变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场．3．麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一．二、电磁波及赫兹的火花实验

1．电磁场

(1)如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场，这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波．

(2)特点

①电磁波可以在真空中传播．

②电磁波的传播速度等于光速．

③光在本质上是一种电磁波．

④光是以波动形式传播的一种电磁振动．

2．赫兹的火花实验

(1)赫兹首先捕捉到

赫兹

赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857～1894)德国物理学家。1857年2月22日生于汉堡。青少年时期，勤奋好学，在数学、物理实验等方面显示了出众的才华与能力。1876年进入德累斯顿理工学院学习工程，但在那里只学了一个短暂时期，就去铁路军团服役一年。1877年考人慕尼黑大学，学习数理科学。1878年又转人柏林大学成为亥姆霍兹的学生并做研究工作。他对于理论和实验都很重视，学习比较全面。 1879年因解决亥姆霍兹提出的导体中的运动电荷有无惯性质量这一问题获金质奖章而初露锋芒。1880年以《旋转导体的电磁感应》一文获博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年任基尔大学物理学讲师；1885～1889年任卡尔斯鲁厄高等工业大学物理学教授；1889年起接替克劳修斯任波恩大学物理学教授。1894年1月1日。因血液中毒在波恩逝世，年仅36岁。

赫兹在物理学上的主要贡献是发现电磁波。当时人们对电磁理论的认识还很不一致。1879年，亥姆霍兹为柏林科学院设计的重金悬赏中，提出了用实验证明以下课题：变化磁力必然使绝缘体介质极化（产生位移电流），而位移电流又必然产生磁效应，这两个假设在空气或真空中也同样成立。如果成功，电磁学就能“从无路的荒原

电磁场与电磁波在 实际中的应用

班级：电子0801 姓名：郑文韬 学号：20082653

一、《电磁场与电磁波》课程综述：

《电磁场与电磁波》课程要求电子类各专业主要课程的核心内容都是电磁现象在特定范围、条件下的体现，分析电磁现象的定性过程和定量方法是电类各专业学生掌握专业知识和技能的基础之一，因而电磁场与电磁波课程所涉及的内容，是合格的电子类专业本科学生所应具备的知识结构的必要组成部分。不仅如此，电磁场理论又是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。学好电磁场理论将增强学生的适应能力和创造能力。因此本课程的作用不仅是为进一步学习准备必要的基础，更为深远的是关系到所培养学生的基本素质，因此“电磁场与电磁波”课程在教学计划中应占有重要地位，它是电子类专业本科学生的一门技术基础课。通过学习本课程，应具备以下能力：

（1）在大学物理电磁学的基础上,进一步掌握宏观电磁场的基本规律，并结合各专业实际介绍其技术应用的基本知识；

（2）通过教学，培养学生用场的观点对电器工程中的电磁现象和电磁过程进行定性分析和判断的能力，了解进行定量分析的基本途径，为进一步学习和应用各种较复杂的电磁场计算方法打下基础；

（3）通过电磁场理

电磁场与电磁波

教 案

: 课程: 电磁场与电磁波

第7章 非导电介质中的电磁波课时:6学时

武汉理工大学信息工程学院

教师：刘岚

1

内容

电磁场与电磁波

2

电磁场与电磁波

3

电磁场与电磁波

4

电磁场与电磁波

5

电磁场与电磁波

6

电磁场与电磁波

7

电磁场与电磁波

8

电磁场与电磁波

9

电磁场与电磁波

10

电磁场与电磁波

11

电磁场与电磁波

12

电磁场与电磁波

13

电磁场与电磁波

14

《电磁场与电磁波》练习及答案

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

1

3 / 3

电磁学试题库 试题10

一、选择题（30分）

1. 金属球壳的内外半径分别为1R 和2R ，其中心置一点电荷q ，如选无限远点电位为零，

试问球壳的电位为多少？

A ．01/4q R πε B. 02/4q R πε C. 102/4qR R πε D. 201/4qR R πε

答：[ ] 2. 设有12个电阻连接成如图所示的电路，每个电阻的阻值为R ，则A 、B 两点之间的等效

电阻AB R 等于：

A. /2R

B. R

C. 3/2R

D. 2R

答：[ ]

3. 四条相互平行的载流直导线，电流强度均为I ，如图所示放置，正方形的边长为2a ，则

正方形中心的磁感应强度大小为

A. 02I

B a

μπ=

B. 022I

B a

μπ=

C. 0I

B a

μπ=

D. 0B =

4. 如图所示，三条线分别表示不同的磁介质的B H -关系，下

列哪种判断是正确的？

A. 曲线1表示顺磁质，曲线2表示抗磁质，曲线3表示铁磁质。

3 / 3 B. 曲线1表示抗磁质，曲线2表示铁磁质

实验三 电磁波的极化一、实验目的 1、学习了解极化波的产生及其特点。 2、研究自制的电磁波感应器的极化特性，加深对电磁波极化特性的理解。 二、实验原理1、极化的定义: 指空间某固定位置处场矢量(电场、磁场)随时间变化的特性 2、极化类型: (1) 直线极化 合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。 若 E 的变化轨迹在 x 轴上 ( 0 ) ,称为 x 轴取 向的线极化波。 E E sin( t z )x xm

y

若 E 的变化轨迹在 y 轴上 ( 90 ) ,称为 y 轴取 向的线极化波。 E E sin( t z ) y ym

x直线极化的平面波

(2) 圆极化

电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。

y

E电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足右手螺旋关系 ——右旋圆极化波。 电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足左手螺旋关系 ——左旋圆极化波。

x

圆极化的平面波

(3) 椭圆极化 电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。

y

x椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。椭圆极化的平面波

三、实验内容移动感应器位置，观察在不同形式的接收天线情况下灯泡达到同 等亮度时与发射天线的距离，总结电磁波不同极化

1.麦克斯韦的物理意义：根据亥姆霍兹定理，矢量场的旋度和散度都表示矢量场的源。麦克斯韦方程表明了电磁场和它们的源之间的全部关系：除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁场也是电场的源。

1. 写出非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式，并简要说明其物理意义。 2.答非限定情况下麦克斯韦方程组的微分形式为??H?J??D?B,??E??,??B?0,??D??，(3分)（表明?t?t了电磁场和它们的源之间的全部关系除了真实电流外，变化的电场（位移电流）也是磁场的源；除电荷外，变化的磁

场也是电场的源。

1.简述集总参数电路和分布参数电路的区别：

2.答：总参数电路和分布参数电路的区别主要有二：（1）集总参数电路上传输的信号的波长远大于传输线的几何尺寸；而分布参数电路上传输的信号的波长和传输线的几何尺寸可以比拟。（2）集总参数电路的传输线上各点电压（或电流）的大小与相位可近似认为相同，无分布参数效应；而分布参数电路的传输线上各点电压（或电流）的大小与相位均不相同，呈现出电路参数的分布效应。

1.写出求解静电场边值问题常用的三类边界条件。

2.答：实际边值问题的边界条件可以分为三类：第一类是整个边界上的电位已知，称为“狄利

1 电磁波的发现

主动成长

夯基达标

1.下列关于电磁场的说法中，正确的是（）

A.只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波

B.任何变化的电场周围一定有磁场

C.振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场

D.电磁波的理论在先，实践证明在后

思路解析：麦克斯韦电磁场理论的含义是变化的电场可产生磁场，而变化的磁场能产生电场；产生的场的形式由原来的场的变化率决定，可由原来场随时间变化的图线的切线斜率判断、确定.

可见，均匀变化的电场的变化率恒定，产生不变的磁场，不能产生电磁波.

答案：BCD

2.关于电磁场和电磁波，正确的说法是（）

A.只有不均匀变化的磁场，才能在其周围空间产生电场

B.电磁波的频率等于激起电磁波的振荡电流的频率

C.电磁波能脱离电荷而独立存在

D.电磁波的传播速度一定是3×108 m/s

思路解析：麦克斯韦电磁理论，变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，A项错.电磁波即电磁场在空间的传播，其频率等于激起电磁波的振荡电流的频率，B项对.电磁波的传播不需要介质，能脱离电荷而独立存在，C项对.电磁波只有在真空时其波速才为3×108 m/s,D项错.

答案：BC

3.关于电磁波传播速度表达式v=λf，下

电磁场电磁波复习重点

第一章 矢量分析

1、矢量的基本运算

标量：一个只用大小描述的物理量。 矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母或带箭头的字母表示。 2、叉乘 点乘的物理意义 会计算

3、通量源 旋量源的特点

通量源：正 负 无

旋度源：是矢量，产生的矢量场具有涡旋性质，穿过一曲面的旋度源等于（或正

比于）沿此曲面边界的闭合回路的环量，在给定点上，这种源的（面）密度等于 （或正比于）矢量场在该点的旋度。 4、通量、环流的定义及其与场的关系

通量：在矢量场F中，任取一面积元矢量dS,矢量F与面元矢量dS的标量积F.dS定义为矢量F穿过面元矢量dS的通量。

如果曲面 S 是闭合的，则规定曲面的法向矢量由闭合曲面内指向外； 环流：矢量场F沿场中的一条闭合路径C的曲线积分 称为矢量场F沿闭合路径C的环流。

如果矢量场的任意闭合回路的环流恒为零，称该矢量场为无旋场，又称为保守场。如果矢量场对于任何闭合曲线的环流不为零，称该矢量场为有旋矢量场，能够激发有旋矢量场的源称为旋涡源。电流是磁场的旋涡源。 5、高斯定理、stokes定理 静电 静场 高斯定理：

从散度的定义出发，可以得到矢量场在空间任意闭合

电磁场电磁波复习重点

第一章 矢量分析

1、矢量的基本运算

标量：一个只用大小描述的物理量。 矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母或带箭头的字母表示。 2、叉乘 点乘的物理意义 会计算

3、通量源 旋量源的特点

通量源：正 负 无

旋度源：是矢量，产生的矢量场具有涡旋性质，穿过一曲面的旋度源等于（或正

比于）沿此曲面边界的闭合回路的环量，在给定点上，这种源的（面）密度等于 （或正比于）矢量场在该点的旋度。 4、通量、环流的定义及其与场的关系

通量：在矢量场F中，任取一面积元矢量dS,矢量F与面元矢量dS的标量积F.dS定义为矢量F穿过面元矢量dS的通量。

如果曲面 S 是闭合的，则规定曲面的法向矢量由闭合曲面内指向外； 环流：矢量场F沿场中的一条闭合路径C的曲线积分 称为矢量场F沿闭合路径C的环流。

如果矢量场的任意闭合回路的环流恒为零，称该矢量场为无旋场，又称为保守场。如果矢量场对于任何闭合曲线的环流不为零，称该矢量场为有旋矢量场，能够激发有旋矢量场的源称为旋涡源。电流是磁场的旋涡源。 5、高斯定理、stokes定理 静电 静场 高斯定理：

从散度的定义出发，可以得到矢量场在空间任意闭合