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第4章平面电磁波传播第2讲

九年级物理 电磁波及其传播教案 苏科版

第二节电磁波及其传播 [设计意图] 本节由“波的基本特征”“了解电磁波”和“电磁波谱”三部份组成,内容抽象性较强,学生在这方面的知识相对欠缺。不易理解。故开始用一些有形的“机械波”引导学生认识波的基本特征,在此基础上,归纳出波的特征物理量。建立频率与周期的关系,得出波长、频率与波速的关系式。 “了解电磁波”分二个部分:验证电磁波的存在和探究电磁波的特性。以开展学生活动为主。让学生在实验中获取知识。 “电磁波谱”的教学从阅读图表入手,重点了解各波段电磁波的应用,使学生体会科学为人类生活服务。 [教学目标] 1.知识与技能: ⑴认识波的基本特征,知道波能够传播周期性变化的运动形态、能量、以及信息。 ⑵了解振动的振幅、周期与频率,波长与波速的物理意义,知道它们是描述波的性质的物理量,知道波长,频率与波速的关系。 ⑶了解电磁波的意义,体验电磁波的存在。了解电磁波可以在真空中传播的特性,知道电磁波在真空中传播的速度。了解电磁屏蔽。 ⑷知道电磁波谱,了解电磁波的应用及其对人类生活和社会生活发展的影响。 2.过程与方法: ⑴实验观察。在观察演示实验的现象的基础上,归纳出波的基本特征;了解电磁波的存在;电磁屏蔽等现象。 ⑵阅读(或陈述)了解。对波的周期、频率,电磁波的意义及电磁波谱等物理知识采用阅读的方法获取。 ⑶图像意义分析。在学习波的特征的知识时,从对波形图的分析上入手,建立起振幅、波长等概念。 3.情感、态度、价值观: 引发学生对波动现象的好奇心。引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯,激发学生勇于探索的积极性。 在学习麦克斯韦、赫兹对电磁波研究的贡献中,体会理论研究和实验探索对物理学发展的重要性。 对“科学技术是一把双刃剑”,电磁波在被广泛应用,对人类作出巨大贡献的同时也存在着副作用——会产生电磁污染的现象引起关注。同时也是进行辩证法教育,让学生学会全面观察和看待问题。 [教学重、难点] “了解电磁波”并知道电磁波的存在及其特性是本节的重点。 波的基本形态和特征的教学是本节的难点。 [教具和学具] 1.电动小汽车,线控电动小汽车,遥控电动小汽车各一辆。 2. 细麻绳一根,纵波演示仪一架。长橡筋绳(或用松紧带代替)若干根。 3. 大玻璃水槽一只,细竹竿一根。 4. 收音机一架,电池一节,电线一小段。 5. 电吹风一只,电视机一台。

习题答案 第6章 平面电磁波的反射与折射

第6章 平面电磁波的反射与折射 6.1/ 6.1-1 电场强度振幅为0i E =0.1V/m 的平面波由空气垂直入射于理想导体平面。试求: (a)入射波的电、磁能密度最大值; (b)空气中的电、磁场强度最大值; (c)空气中的电、磁能密度最大值。 [解] (a) 314/10427.4m J w eM -?= 31410427.4m J w m M -?= (b) m V E /2.01= m A H /103.541-?= (c) 313/107708.1m J w eM -?= 313/107708.1m J w m M -?= 6.2/ 6.1-2 均匀平面从空气垂直入射于一介质墙上。在此墙前方测得的电场振幅分布 如题图6-1所示,求: (a)介质墙的)1(=r r με; (b)电磁波频率f 。 [解] (a) 9=r ε (b) M H z Hz f 75105.77 =?= 6.3/ 6.1-3 平面波从空气向理想介质( r μ=1,σ=0)垂直入射,在分界面上0E =16V/m , 0H =0.1061A/m 。试求: (a)理想介质(媒质2)的r ε; (b)i E ,i H ,r E ,r H ,t E ,t H ; (c) 空气中的驻波比S 。 [解] (a) 25.6=r ε (b) ()0010,/2811εμω===--k m V e e E E z jk z jk i i ()m A e e E H z jk z jk i i /0743.0377 28110 --== = η

()()() m A e e H H k k k m V e e E E m A e e E H m V e e RE E z jk z jk t t r z jk z jk t t z jk z jk r r z jk z jk i r /1061.05.2,/16/0318.0377 12) /(122222111101122200 0----+========= = -==εεμωη (c) 5.2429 .01429 .0111=-+= -+= R R S 6.4/ 6.1-4 当均匀平面波由空气向理想介质(1=r μ,σ=0)垂直入射时,有96%的入射功率输入此 介质,试求介质的相对介电常数r ε。 [解] 25.2=r ε 6.5/ 6.1-5频率为30MHz 的平面波从空气向海水(r ε=81,1=r μ,σ=4/S/m )垂直入射。在该频率上 海水可视为良导体。已知入射波电场强度为10mV/m ,试求以下各点的电场强度: (a)空气与海水分界面处; (b)空气中离海面2.5m 处; (c)海水中离海面2.5m 处。 [解] (a) ()m V TE E E i t /1003.4102.440403.02.4442000 ∠--?=?∠=== (b) ( )() ()m mV j E j z k E j e e E e E E i i z jk z jk i z jk z jk i /202sin 2Re 010*******==-=-≈+=∴-- (c ) 2.445.28.215.28.21402100 3.422j j z j z t e e e e e E E ?-?----?==βα () ()m V /)4.198(1064.82.446.312210143.21003.428244 -∠?=+-∠???=--- 6.6/ 6.1-6 10GHz 平面波透过一层玻璃(r ε=9,1=r μ)自室外垂直射入室内,玻璃的厚度为4mm , 室外入射波场强为2V/m ,求室内的场强。 [解] ()951 .0309.0465.0816212144288 144 3j e e e E j j j i +-=?-?= --- ()()m V /6.12957.14.148.31446 -∠=∠-∠= ()()m A E H i i /6.1291016.4377 6.1295 7.130 3 3-∠?=-∠= = -η

第4章-电磁波的传播

第四章 电磁波的传播 1.考虑两列振幅、偏振方向相同、频率分别为ωωd +和ωωd -的线偏振平面波,沿z 轴方向传播。 (a)求合成波,证明波振幅非常数,而是一个波;(b)求合成波的相位传播速度和振幅传播速度。 解:设两列波的电场表达式分别为:)cos()(),(1101t z k t ω-=x E x E ;)cos()(),(2202t z k t ω-=x E x E 则,合成波为12 12 12 12 120(,)(,)2()cos( )cos( )2 2 2 2 k k k k t t z t z t ωωωω++--=+=- - E E x E x E x 其中dk k k +=1,dk k k -=2;ωωωd +=1,ωωωd -=2 所以002()cos()cos(d d )2()exp[()]cos(d d )kz t k z t i kz t k z t ωωωω=-?-?=-?-?E E x E x 相速由t kz ωφ-=确定:d d p z v t k ω = = ;群速由t d z dk ?-?=ωφ'确定,d d d d g z v t k ω= = 2.平面电磁波以=θ45°从真空入射到2=r ε的介质,电场垂直于入射面,求反射系数和折射系数。 解:根据折射定律 222111 sin sin " n μεθθμε= =,可得:30 θ''=o 据菲涅耳公式得:2 1212cos cos "23cos cos "23 R εθεθεθεθ? ?--== ? ?+ +? ? ,23123 T R =-=+ 3.可见平面光波由水入射到空气,入射角为60°,证明这时将会发生全反射,并求折射波沿表面传 播的相速度和透入空气的深度。该波在空气中的波长为501028.6-?=λcm ,水的折射率为n =1.33。 解:由折射定律得,临界角1arcsin 48.75601.33c θθ?? ==?<=? ??? ,所以,将会发生全反射。 由于sin 90sin x k k θ''=o ,所以折射波相速度3sin sin sin 2 p x v c v c k k n ωωθ θ θ ''== = = = ''水 透入空气的深度为15 1 2 2 21 1.710 2sin n λκπ θ--= ≈?-cm 4.频率为ω的电磁波在各向异性介质中传播时,若H B D E ,,,仍按)(t i e ω-?x k 变化,但D 不再与E 平行。 (a)证明0=?=?=?=?E B D B D k B k ,但一般0≠?E k ; (b)证明2 2 [()] k ωμ -?= E k E k D ; (c)证明能流S 与波矢k 一般不在同一方向上。 证明:(a)由0??=B ,得:0) (0)(0=?=?=??=??-?-?B k B k B B x k x k i e i e t i t i ωω,0=?∴B k ,可知:B k ⊥ 由()()000i t i t e i e i ωω?-?-????=?=?=k x k x D =D k D k B 得:0=?D k ,可知:⊥k D 由D H k H H x k ωωi i e t i -=?=??=??-?0)(][,得() 0ωμ ???=-=B k B B D ,可知:B D ⊥ 由B E k E E x k ωωi i e t i -=?=??=??-?0)(][,得()0ω ???= =k E E B E ,可知:B E ⊥ 易知D E k ,,共直于B 的面,又D k ⊥,所以,当且仅当D E //时,k E ⊥。所以,一般0≠?E k 。 (b)2 2 2 () ()k ωμωμ ??-?=- = k k E E k E k D (c)由于ωμ ?= k E H ,2 () ()E ωμωμ ??-?=?= = E k E k k E E S E H 由于一般情况下0≠?E k ,所以能流S 与波矢k 一般不在同一方向上。 5.有两个频率和振幅都相等的单色平面波沿z 轴传播,一个波沿x 方向偏振,另一个沿 y 方向偏振,

第4章平面电磁波传播第1讲

第四章平面电磁波传播 第一讲 赛北412-1 郎婷婷 langtingting@https://www.doczj.com/doc/b213365520.html,

主要内容 4.1 绝缘介质中的单色平面波 *4.2 导电介质中的单色平面波 4.3 电磁波在两种绝缘介质分界面 上的反射和折射 4.4 全反射消逝波和导引波 *4.5 电磁波在导电介质表面上的反射和折射

4.1 绝缘介质中的单色平面波 2 2 2 22 200 E k E H k H ?+=?+= (,)()(,)()i t i t E r t E r e H r t H r e ωω??== 亥姆霍兹方程 () 0(,)i k r t E r t E e ω??= E H z 波传播方向 均匀平面波 波阵面 x y o 无源空间中的单色电磁波 波矢量的大小为相位常数k , 方向为即波的传播方向 k n 均匀平面单色波:

4.1.1 单色平面波的特点 ?(1)横波性 k E ?= 0 E ik E E ???=?? ???=?? 电场强度E 垂直于波矢量k 1()H r E i μω =?× 1(,)(,) H r t k E r t μω =× 磁场强度H 垂直于电场强度 E 和波矢量k E ,H ,k 三者互相垂直,构成右手螺旋关系,单色平面电磁波是横波。

4.1.1 单色平面波的特点 ?(2)本征波阻抗、E 和H 的振幅关系 00 ()E Z k H μωμωμ ε ωμε ==== Ω Z 是介质的本征波阻抗。在真空中 00 120377Z Z μπε===≈Ω 结论:在各向同性绝缘介质中Z 为实数,均匀平面波的电场强度与磁场强度相互垂直,且同相位。

电磁波及其传播

一、知识与技能 1.认识波的基本特征,知道波能够传播周期性变化的运动形态、能量、以及信息。2.了解振动的振幅、周期与频率,波长与波速的物理意义,知道它们是描述波的性质的物理量,知道波长,频率与波速的关系。 3.了解电磁波的意义,体验电磁波的存在。了解电磁波可以在真空中传播的特性,知道

电磁波在真空中传播的速度。了解电磁屏蔽。 4.知道电磁波谱,了解电磁波的应用及其对人类生活和社会生活发展的影响。 二、过程与方法 1.实验观察。在观察演示实验的现象的基础上,归纳出波的基本特征;了解电磁波的存在;电磁屏蔽等现象。 2.阅读(或陈述)了解。对波的周期、频率,电磁波的意义及电磁波谱等物理知识采用阅读的方法获取。 3.图像意义分析。在学习波的特征的知识时,从对波形图的分析上入手,建立起振幅、波长等概念。 三、情感、态度与价值观 1.引发学生对波动现象的好奇心。引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯,激发学生勇于探索的积极性。

2.在学习麦克斯韦、赫兹对电磁波研究的贡献中,体会理论研究和实验探索对物理学发 展的重要性。 3.对“科学技术是一把双刃剑”,电磁波在被广泛应用,对人类作出巨大贡献的同时 也存在着副作用——会产生电磁污染的现象引起关注。同时也是进行辩证法教育,让学 生学会全面观察和看待问题。 教学过程 一、复习预习 学习预习本节课的知识点并引导学生回答下列问题 引导学生观察,提问:雷鸣闪电时,可以从开着的收音机里听到“喀、喀”的响声,这是因为什么呢?

二、知识讲解 课程引入: 电磁波的两面性:电磁污染与科技革命 英国曾有2400万只“家养”麻雀。这些麻雀都在房屋阁楼处做窝,每天在各家花园内嬉戏,成为英国一道风景线。然而,近年来,英国麻雀数量突然急剧减少。最近,英国科学家和动物学家指出,电磁波是造成麻雀失踪的罪魁祸首。研究表明,电磁波影响麻雀的方向感。麻雀依靠地球磁场来辨别方向,而电磁波会干扰麻雀找路的能力,从而使其迷失方向。 近20年来,国外学者越来越多地注意到低频非离子化电磁场的致癌作用。长期受到电磁辐射,会造成正常脑的支持细胞——胶质细胞发生DNA分子链的电离损害,导致DNA碱基分子链的断裂,引起细胞的癌变。据美国科罗拉多州大学研究人员调查,电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是其他地区的两倍以上。瑞典学者托梅尼奥在研究中发现,生活在电磁污染严重地区的儿童,患神经系统肿瘤的人数大量增加。

第四章电磁波的传播

第四章 电磁波的传播 §4.1 平面电磁波 1、电磁场的波动方程 (1)真空中 在0=ρ,0=J 的自由空间中,电磁强度E 和磁场强度H 满足波动方程 012222=??-?t E c E (4.1.1) 012 222=??-?t H c H (4.1.2) 式中 80 010997925.21 ?== μεc 米/秒 (4.1.3) 是光在真空中的速度。 (2)介质中 当电磁波在介质内传播时,介质的介电常数ε和磁导率μ一般地都随电磁波 的频率变化,这种现象叫色散。这时没有E 和H 的一般波动方程,仅在单色波 (频率为ω)的情况下才有 012222=??-?t E v E (4.1.4) 012 222=??-?t H v H (4.1.5) 式中

()()() ωμωεω1 = v (4.1.6) 是频率ω的函数。 2、亥姆霍兹方程 在各向同性的均匀介质内,假设0=ρ,0=J ,则对于单色波有 ()()t i e r E t r E ω-= , (4.1.7) ()()t i e r H t r H ω-= , (4.1.8) 这时麦克斯韦方程组可化为 () εμω ==+?k E k E , 02 2 (4.1.9) 0=??E (4.1.10) E i H ??-=μω (4.1.11) (4.1.9)式称为亥姆霍兹方程。由于导出该方程时用到了0=??E 的条件,因此,亥姆霍兹方程的解只有满足0=??E 时,才是麦克斯韦方程的解。 3、单色平面波 亥姆霍兹方程的最简单解是单色平面波 ()()t r k i e E t r E ω-?= 0, (4.1.12) ()()t r k i e H t r H ω-?= 0, (4.1.13) 式中k 为波矢量,其值为 λ π εμω2= =k (4.1.14) 平面波在介质中的相速度为 εμ ω 1 = = k v P (4.1.15) 式中ε和μ一般是频率ω的函数。

第六章 平面电磁波的传播

第六章 平面电磁波的传播 习题6.1 已知自由空间中均匀平面电磁波的电场: y e x t E )210cos(37.738 ππ-?=V/m ,求 (1)电磁波的频率,速度,波长,相位常数,以及传播方向。 (2)该电磁波的磁场表达式。 (3)该电磁波的坡印廷矢量和坡印廷矢量的平均值。 题意分析: 已知均匀平面电磁波的一个场量求解另一个场量,以及相关的参数,这是均匀平面波问题中经常遇到的问题。求解问题的关键在于牢记均匀平面电磁波场量表达形式的基本特点,场矢量方向和波的传播方向之间的关系以及相关公式。 解: (1)求电磁波的频率,速度,波长,相位常数,以及传播方向 沿x 轴正方向传播的电磁波的电场强度瞬时表达式为: y y y e x t E E )c o s (2φβω+-= 电场表达式的特点有: 电磁波角频率 8103?=πω (rad/s ) 由f πω2=,可以得到 电磁波的频率为: 8 10 5.12?==π ω f (Hz ) 电磁波在自由空间的传播速度 8103?==c v (m/s ) 电磁波的波长λ满足式 f v vT = =λ 210 5.110 38 8=??= = ∴f v λ(m ) 相位常数: πβ2= (rad/m ) 分析电磁波的传播方向: 方法一:直接判断法 比较均匀平面电磁波的电场表达式可以看出,均匀平面电磁波的电场表达式中x π2项前面的符号为“-”,该电磁波是沿x 轴正方向传播的电磁波。

方法二:分析法 电场表达式是时间t 和坐标x 的函数,若要使E 为不变的常矢量,就应使组合变量(x t ππ21038-?)在t 和x 变化时为一定值。即,当时间变量t 变为t t ?+,位置变量x 变为x x ?+时,有下式成立: )(2)(10321038 8x x t t x t ?+-?+?=-?ππππ 由上式可得: t x ??= ?π π21038 这说明在电磁波的传播过程中,随着时间的增加(0>?t ),使电场保持定值的点的坐标也在增加(0>?x ),所以电磁波的传播方向是由近及远,沿x 轴正方向逐步远离原点。 (2)求该电磁波的磁场表达式 电磁波的传播方向为x 轴正方向,电场分量为y 轴方向,根据坡印廷矢量的 定义:H E S ?=,电场,磁场以及电磁波的传播方向应遵循右手螺旋定律,所 以本题中磁场的方向应为z 轴方向,三者的方向关系下如图所示。 z 在自由空间中,正弦均匀平面电磁波的电场和磁场分量的比值为固定值,是 空间的波阻抗:Ω=3770Z ,所以磁场分量H 的表达式为: z z z e x t e x t e Z E H )210cos(31.0)210cos(3377 7.738 80ππππ-?=-?== (A/m ) (3)求该电磁波的坡印廷矢量表达式和坡印廷矢量的平均值 根据坡印廷矢量的定义:H E S ?=,得 ])210cos(31.0[])210cos(37.73[8 8z y e x t e x t H E S ππππ-??-?=?= x e x t )210(3cos 773.8 2ππ-?= (W/m 2) 坡印廷矢量的平均值:

电动力学复习总结第四章 电磁波的传播2012答案

第四章 电磁波的传播 一、 填空题 1、 色散现象是指介质的( )是频率的函数. 答案:,εμ 2、 平面电磁波能流密度s 和能量密度w 的关系为( )。答案:S wv = 3、 平面电磁波在导体中传播时,其振幅为( )。答案:0x E e α-? 4、 电磁波只所以能够在空间传播,依靠的是( )。 答案:变化的电场和磁场相互激发 5、 满足条件( )导体可看作良导体,此时其内部体电荷密度等于( ) 答案: 1>>ωε σ , 0, 6、 波导管尺寸为0.7cm ×0.4cm ,频率为30×109HZ 的微波在该波导中能以 ( )波模传播。答案: 10TE 波 7、 线性介质中平面电磁波的电磁场的能量密度(用电场E 表示)为 ( ),它对时间的平均值为( )。答案:2E ε, 202 1E ε 8、 平面电磁波的磁场与电场振幅关系为( )。它们的相位( )。 答案:E vB =,相等 9、 在研究导体中的电磁波传播时,引入复介电常数='ε( ),其中虚部 是( )的贡献。导体中平面电磁波的解析表达式为( )。 答案: ω σεεi +=',传导电流,)(0),(t x i x e e E t x E ωβα-??-= , 10、 矩形波导中,能够传播的电磁波的截止频率= n m c ,,ω( ),当电磁 波的频率ω满足( )时,该波不能在其中传播。若b >a ,则最低截止频率为( ),该波的模式为( )。 答案: 22,,)()(b n a m n m c += μεπω,ω<n m c ,,ω,με πb ,01TE

11、 全反射现象发生时,折射波沿( )方向传播.答案:平行于界面 12、 自然光从介质1(11με,)入射至介质2(22με,),当入射角等于( ) 时,反射波是完全偏振波.答案:2 01 n i arctg n = 13、 迅变电磁场中导体中的体电荷密度的变化规律是( ). 答案:0t e σε ρρ-= 二、 选择题 1、 电磁波波动方程22222222110,0E B E B c t c t ???-=?-=?? ,只有在下列那种情况下 成立( ) A .均匀介质 B.真空中 C.导体内 D. 等离子体中 答案: A 2、 电磁波在金属中的穿透深度( ) A .电磁波频率越高,穿透深度越深 B.导体导电性能越好, 穿透深度越深 C. 电磁波频率越高,穿透深度越浅 D. 穿透深度与频率无关 答案: C 3、 能够在理想波导中传播的电磁波具有下列特征( ) A .有一个由波导尺寸决定的最低频率,且频率具有不连续性 B. 频率是连续的 C. 最终会衰减为零 D. 低于截至频率的波才能通过. 答案:A 4、 绝缘介质中,平面电磁波电场与磁场的位相差为( ) A .4π B.π C.0 D. 2π 答案:C 5、 下列那种波不能在矩形波导中存在( ) A . 10TE B. 11TM C. mn TEM D. 01TE 答案:C 6、 平面电磁波E 、B 、k 三个矢量的方向关系是( ) A . B E ?沿矢量k 方向 B. E B ?沿矢量k 方向 C.B E ?的方向垂直于k D. k E ?的方向沿矢量B 的方向 答案:A 7、 矩形波导管尺寸为b a ? ,若b a >,则最低截止频率为( )

电磁波的传播

实验二电磁波的传播 实验目的: 1、掌握时变电磁场电磁波的传播特性; 2、熟悉入射波、反射波和合成波在不同时刻的波形特点; 3、理解电磁波的极化概念,熟悉三种极化形式的空间特点。 实验原理: 平面电磁波的极化是指电磁波传播时,空间某点电场强度矢量E随时间变化的规律。若E的末端总在一条直线上周期性变化,称为线极化波;若E末端的轨迹是圆(或椭圆),称为圆(或椭圆)极化波。若圆运动轨迹与波的传播方向符合右手(或左手)螺旋规则时,则称为右旋(或左旋)圆极化波。线极化波、圆极化波和椭圆极化波都可由两个同频率的正交线极化波组合而成。 实验步骤: 1、电磁波的传播 (1)建立电磁波传播的数学模型 (2)利用matlab软件进行仿真 (3)观察并分析仿真图中电磁波随时间的传播规律 2、入射波、反射波和合成波 (1)建立入射波、反射波和合成波的数学模型 (2)利用matlab软件进行仿真 (3)观察并分析仿真图中三种波形在不同时刻的特点和关系 3、电磁波的极化 (1)建立线极化、圆极化和椭圆极化的数学模型 (2)利用matlab软件进行仿真 (3)观察并分析仿真图中三种极化形式的空间特性 实验报告要求: (1)抓仿真程序结果图 (2)理论分析与讨论

1、电磁波的传播 clear all w=6*pi*10^9; z=0::; c=3*10^8; k=w/c; n=5; rand('state',3) for t=0:pi/(w*4):(n*pi/(w*4)) d=t/(pi/(w*4)); x=cos(w*t-k*z); plot(z,x,'color',[rand,rand,rand]) hold on end title(‘电磁波在不同时刻的波形’) 由图形可得出该图形为无耗煤质中传播的均匀电磁波,它具有以下特点:(1)在无耗煤质中电磁波传播的速度仅取决于煤质参数本身,而与其他因素无关。 (2)均匀平面电磁波在无耗煤质中以恒定的速度无衰减的传播,在自由空间中其行进速度等于光速。 2、入射波、反射波、合成波 (1)axis equal; n=0;%改变n值得到不同时刻的电磁波状态z=0:*pi:10*pi; t=n*pi; B=cos(z-t/4); FB=cos(z+t/4); h=B+FB; plot(z,B,'r',z,FB,'b',z,h,'d'); legend('入射波','反射波','合成波'); axis([0 10 ]); (2)axis equal; n=1/4;;%改变n值得到不同时刻的电磁波状态 z=0:*pi:10*pi; t=n*pi; B=cos(z-t/4); FB=cos(z+t/4); h=B+FB; plot(z,B,'r',z,FB,'b',z,h,'d'); legend('入射波','反射波','合成波'); 电磁波在不同时刻的波形

电磁波及其传播

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物理量,知道波长,频率与波速的关系。 3.了解电磁波的意义,体验电磁波的存在。了解电磁波可以在真空中传播的特性,知道电磁波在真空中传播的速度。了解电磁屏蔽。 4.知道电磁波谱,了解电磁波的应用及其对人类生活和社会生活发展的影响。 二、过程与方法 1.实验观察。在观察演示实验的现象的基础上,归纳出波的基本特征;了解电磁波的存在;电磁屏蔽等现象。 2.阅读(或陈述)了解。对波的周期、频率,电磁波的意义及电磁波谱等物理知识采用阅读的方法获取。 3.图像意义分析。在学习波的特征的知识时,从对波形图的分析上入手,建立起振幅、 感谢下载载

波长等概念。 三、情感、态度与价值观 1.引发学生对波动现象的好奇心。引导和培养学生仔细观察实验现象并尝试归纳现象的学习习惯,激发学生勇于探索的积极性。 2.在学习麦克斯韦、赫兹对电磁波研究的贡献中,体会理论研究和实验探索对物理学发展的重要性。 3.对“科学技术是一把双刃剑”,电磁波在被广泛应用,对人类作出巨大贡献的同时也存在着副作用——会产生电磁污染的现象引起关注。同时也是进行辩证法教育,让学生学会全面观察和看待问题。 感谢下载载

教学过程 一、复习预习 学习预习本节课的知识点并引导学生回答下列问题 引导学生观察,提问:雷鸣闪电时,可以从开着的收音机里听到“喀、喀”的响声,这是因为什么呢? 感谢下载载

精品 二、知识讲解 课程引入: 电磁波的两面性:电磁污染与科技革命 英国曾有2400万只“家养”麻雀。这些麻雀都在房屋阁楼处做窝,每天在各家花园内嬉戏,成为英国一道风景线。然而,近年来,英国麻雀数量突然急剧减少。最近,英国科学家和动物学家指出,电磁波是造成麻雀失踪的罪魁祸首。研究表明,电磁波影响麻雀的方向感。麻雀依靠地球磁场来辨别方向,而电磁波会干扰麻雀找路的能力,从而使其迷失方向。 近20年来,国外学者越来越多地注意到低频非离子化电磁场的致癌作用。长期受到电磁辐射,会造成正常脑的支持细胞——胶质细胞发生DNA分子链的电离损害,导致DNA碱基分子链的断裂,引起细胞的癌变。据美国科罗拉多州大学研究人员调查,电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是 感谢下载载

电波传播的几个基本概念

电波传播的几个基本概念 目前GSM和CDMA移动通信使用的频段为: GSM:890 ~ 960 MHz,1710 ~1880 MHz CDMA: 806 ~ 896 MHz 806 ~ 960 MHz 频率范围属超短波范围; 1710 ~1880 MHz 频率范围属微波范围。 电波的频率不同,或者说波长不同,其传播特点也不完全相同,甚至很不相同 2.1自由空间通信距离方程 设发射功率为PT,发射天线增益为GT,工作频率为f . 接收功率为PR,接收天线增益为GR,收、发天线间距离为R,那么电波在无环境干扰时,传播途中的电波损耗L0 有以下表达式: L0 (dB) = 10 Lg(PT / PR ) = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB) [举例] 设:PT = 10 W = 40dBmw ;GR = GT = 7 (dBi) ;f = 1910MHz 问:R = 500 m 时,PR = ? 解答:(1) L0 (dB) 的计算 L0 (dB) = 32.45 + 20 Lg 1910( MHz ) + 20 Lg 0.5 ( km ) - GR (dB) - GT (dB) = 32.45 + 65.62 - 6 - 7 – 7 = 78.07 (dB) (2)PR 的计算 PR = PT / ( 10 7.807 ) = 10 ( W ) / ( 10 7.807 )

= 1 ( μW ) / ( 10 0.807 ) = 1 ( μW ) / 6.412 = 0.156 ( μW ) = 156 ( mμW ) # 顺便指出,1.9GHz电波在穿透一层砖墙时,大约损失(10~15) dB 极限直视距离 超短波特别是微波,频率很高,波长很短,它的地表面波衰减很快,因此不能依靠地表面波作较远距离的传播。超短波特别是微波,主要是由空间波来传播的。简单地说,空间波是在空间范围内沿直线方向传播的波。显然,由于地球的曲率使空间波传播存在一个极限直视距离Rmax 。在最远直视距离之内的区域,习惯上称为照明区;极限直视距离Rmax 以外的区域,则称为阴影区。不言而语,利用超短波、微波进行通信时,接收点应落在发射天线极限直视距离Rmax内。 受地球曲率半径的影响,极限直视距离Rmax 和发射天线与接收天线的高度HT 与HR间的关系为: Rmax =3.57{ √HT (m) +√HR (m) } (km) 考虑到大气层对电波的折射作用,极限直视距离应修正为Rmax = 4.12 { √HT (m) +√HR (m) } (km) 由于电磁波的频率远低于光波的频率,电波传播的有效直视距离Re 约为极 限直视距离Rmax 的70% ,即Re = 0.7 Rmax .

第四章电磁波的传播复习题2

第四章 电磁波的传播 要求掌握§1—§5,其中重点是§1和§2。基本要求、重点如下。 1.会导出真空中电磁波的波动方程,介质的色散 2.时谐电磁波(单色波)及其满足的方程: 时谐电磁波的一般形式: t i e x E t x E ω-=)(),( 亥姆霍兹方程:?? ???'==??-==+?μ εωωωv k E i B E k E ,02 2 对于导体情况 ω σεεi +=',而介质情况εε=' 3.平面电磁波 E k B e E t x E t x k i ?==-?ω ω1,),() (0 特点:①振幅为常矢量 ②沿k 传播 ③k πλ2= ④横波且E 与B 垂直,即,0=?=?=?B E k B k E (B E k ,,)构成右手关系,E 与B 同相 ⑤振幅比 v B E = ⑥2 2 H E w με== (电场能等于磁场能) n wv S =与k 方向一致 2. 了解菲涅尔公式及其导出过程 3. 了解导体内电磁波的特点 ①t e t ε σρρ- =0)( ②良导体 a)条件1>>εω σ ; b)导体内,αβ i k +=波沿β 传播,沿α 衰减;良导体情况下: c)穿透深度与趋肤效应。 ③导体内磁场与电场的关系 对良导体 α δ1 = 2 ωμσαβ≈≈E n e E n i E n i H i ?=?+≈ ?+=4 )2 1()(π ωμ σωεσωμ αβ

第四章 电磁波的传播 一.选择题 1.自由空间是指下列哪一种情况的空间 ( ) ① 0,0==J ρ ②0,0≠=J ρ ③ 0,0=≠J ρ ④0,0≠≠J ρ 2. 在一般非正弦变化电磁场情况下的均匀介质内)()(t E t D ε≠的原因是 ( ) ①介电常数是坐标的函数 ③ 介电常数是频率的函数 ③介电常数是时间的函数 ④ 介电常数是坐标和时间的函数 3.通常说电磁波满足亥姆霍兹方程是指 ( ) ①所有形式的电磁波均满足亥姆霍兹方程 ②亥姆霍兹方程仅适用平面波 ③亥姆霍兹方程仅适用单色波 ④亥姆霍兹方程仅适用非球面波 4.对于电磁波下列哪一种说法正确 ( ) ① 所有电磁波均为横波 ②所有单色波均为平面波 ③ 所有单色波E 均与H 垂直 ④上述说法均不对 5.平面电磁波相速度的大小 ( ) ①在任何介质中都相同 ②与平面的频率无关 ③等于真空中的光速 ④上述说法均不对 6.已知平面电磁波的电场强度)]102300 2( exp[1006 t z i e E x ?-=ππ (SI )则 ( ) ① 波长为300 ② 振幅沿z 轴 ③圆频率为610 ④波速为8 103 1 ? 7.已知平面电磁波的电场强度)]1023002(exp[1006 t z i e E x ?-=ππ (SI )则 ( ) ① 波矢沿x 轴 ②频率为610 ③波长为6103 2?π ④波速为6 103? 12.平面电磁波的电场强度与磁场强度的关系为 ( ) ①0=?H E 且位相相同 ②0=?H E 但位相不相同 ③0≠?H E 且位相相同 ④0≠?H E 但位相不相同 13.)exp(x k i ?的梯度为 ( ) ① k i ②k i )exp(x k i ? ③k )exp(x k i ? ④x i )exp(x k i ? 14.对于平面电磁波 ( ) ①电场能=磁场能=2 E ε ② 电场能=2倍的磁场能

电磁波及其传播 (教案)

《电磁波及其传播》教学设计 吴江经济技术开发区实验初级中学张玉妹 一、教材分析 (一)教材分析 《电磁波及其传播》是苏科版九年级下册,第17章第二节内容,是本章的重点,也是难点。本节由“波的基本特征”“了解电磁波”和“电磁波谱”三部分内容组成,其中“了解电磁波”又由“活动17.2 验证电磁波的存在”和“活动17.3探究电磁波的传播特性”组成。内容相对比较抽象,所以在每部分内容呈现的时候,都采取学生体验的方式,让学生在体验中感知,在感知中探究从而获得新知。 本节课在教学顺序安排上做了较大幅度的调整,开始用对讲机引入课题,然后直接让学生感受电磁波的存在和电磁波可以在空气中传播,从而过渡到电磁波的传播特性的教学,最后从问题“电磁波究竟是什么”进入波的基本特征和电磁波谱的教学。物理新课程理念要求“从生活走向物理,从物理走向社会”,在课堂的最后环节设计了“高压线会产生电磁污染,是真的吗?”这个教学环节,让学生带着问题走出课堂。 (二)学情分析 虽然电磁波在我们的生活中有广泛的应用,但毕竟它看不见、摸不着,非常 的抽象,所以学生还是很难理解的。本节课通过学生直观的体验,让学生根据已有的知识经验去设计实验并自己去验证,充分发挥学生的主观能动性,使学生轻松、愉快的掌握知识,形成技能并锻炼能力。 本节课的难点在于如何理解“波的基本特征”,所以需要在教师实验演示、动画、视频等多种手段的辅助引导下,让学生理解波能传播周期性变化的运动状态,从而了解几个物理量的意义。 二、教学目标 (一)知识与技能 (1)认识波的基本特征,知道波能够传播周期性变化的运动形态。 (2)了解振动的振幅、周期与频率,波长与波速的物理意义,知道它们是描述波的性质的物理量。 (3)了解电磁波的意义,体验电磁波的存在。了解电磁波可以在真空中传播的特

电波传播基础知识—无线电波传播方式

无线电波的传播方式 一、无线电波的传播方式 无线电波以每秒三十万公里的速度离开发射天线后,是经过不同的传播路径到达接收点的。人们根据这些各具特点的传播方式,把无线电波归纳为四种主要类型。 1)地波,这是沿地球表面传播的无线电波。 2)天波,也即电离层波。地球大气层的高层存在着“电离层”。无线电波进入电离层时其方向会发生改变,出现“折射”。因为电离层折射效应的积累,电波的入射方向会连续改变,最终会“拐”回地面,电离层如同一面镜子会反射无线电波。我们把这种经电离层反射而折回地面的无线电波称为“天波”。 3)空间波,由发射天线直接到达接收点的电波,被称为直射波。有一部分电波是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的,被称为反射波。直射波和反射波合称为空间波。 4)散射波,当大气层或电离层出现不均匀团块时,无线电波有可能被这些不均匀媒质向四面八方反射,使一部分能量到达接收点,这就是散射波。 在业余无线电通信中,运用最多的是“天波”传播方式,这是短波远距离通信向必要条件。空间波和散射波的运用多见于超高频通信,而地波传播“般只用于低波段和近距离通信。 二、电离层与天波传播 1.电离层概况 在业余无线电中,短波波段的远距离通信占据着极重要的位置。短波段信号的传播主要依靠的是天波,所以我们必需对电离层有所了解。 地球表面被厚厚的大气层包围着。大气层的底层部分是“对流层”,其高度在极区约为九公里,在赤道约为十六公里。在这里,气温除局部外总是随高度上升而下降。人们常见的电闪雷鸣、阴晴雨雪都发生在对流层,但这些气象现象一般只对直射波传播有影响。 在离地面约10到50公里的大气层是“同温层”。它对电波传播基本上没有影响。 离地面约50到400公里高空的空气很少流动。在太阳紫外线强烈照射下,气体分子中的电子挣脱了原子的束缚,形成了自由电子和离子,即电离层。由于气体分子本身重量的不同以及受到紫外线不同强度的照射,电离层形成了四个具有不同电子密度和厚度的分层,每个分层的密度都是中间大两边小。 离地面50~90公里的称作口层。D层白天存在,晚上消失。D层的密度最小,对电波不易反射。当电波穿过口层时,频率较低的被吸收得较多。 90公里~140公里的是E层。通常情况下E层的密度也较小,只有对中波可以反射。在一些特定条件下,E层有可能反射高频率的无线电波。在盛夏或是隆冬,E层对电波的反射现象总是有规律地出现,你可以清楚地接收到远距离小功率电台发射的信号,而且可以发现可听别的范围是在有规律地变化。所以,爱好者们对这种不稳定的E层总是抱着极大的兴趣在进行观测研究。 高空200~300公里的是F1层,300~400公里是F2层。夏季以及部分春秋季的白天,F1层和F2层同时存在,且F2层的密度最大。到了夜晚,F1和F2合并成一个F2层,高度上升。F2层对电波的反射能力最强,它的存在是短波能够进行远距离通信的主要条件。 电离层示意阁请看图5.1。

天线与电波传播

天线与电波传播 天线部分: 引言 天线是一种用来发射或接收电磁波的器件,是任何无线电系统中的基本组成部分。换句话说,发射天线将传输线中的导行电磁波转换为“自由空间”波,接收天线则与此相反。于是信息可以在不同地点之间不通过任何连接设备传输,可用来传输信息的电磁波频率构成了电磁波谱。人类最大的自然资源之一就是电磁波谱,而天线在利用这种资源的过程中发挥了重要的作用。 第一讲:传输线基础知识 在通信系统中,传输线(馈线)是连接发射机与发射天线或接收机与接收天线的器件。为了更好的了解天线的性能及参数,首先简单介绍有关传输线的基础知识。 传输线根据频率的使用范围区分有两种类型:1、低频传输线;2、微波传输线。这里重点介绍微波传输线中无耗传输线的基础知识,主要包括反映传输线任一点特性的参量:反射系数Γ、阻抗Z 和驻波比ρ。 一、反射系数Γ 这里定义传输线上任一点处的电压反射系数为 ()()' ' ' ' ' ''' 2()()() 00j z j z j z l U z z U z U z e U z e e βββ-+--+ -Γ=== ==Γ (1) 由上式可以看出,反射系数的模是无耗传输线系统的不变量,即 ()'l z Γ=Γ (2) 此外,反射系数呈周期性,即 ()()''/2g z m z λΓ+=Γ (3) 二、阻抗Z

这里定义传输线上任一点处的阻抗为 ()() () '' 'U z Z z I z = (4) 经过一系列的推导,得出阻抗的最终表达式 ()'' 00'0t a n t a n l l Z j Z z Z z Z Z j Z z ββ+=+ (5) 三、驻波比ρ(VSWR) 这里定义传输线上任一点处的驻波比为 ()() 'm a x 'm i n U z U z ρ= (6) 经过一系列的推导,得出阻抗的最终表达式 11l l ρ+Γ= -Γ (7) 此外,这里还给出反射系数与阻抗的关系表达式 ()()() ()()()'' '' ' '0 11z Z z Z z Z z Z z Z z Z +Γ=-Γ-Γ= + (8) 这里还简单介绍一下传输线理论所要用到的一些基本参数,例如特性阻抗0Z 以及相位常数β,具体表达式如下: 02Z π βλ = == (9) 此外,不同的系统有不同的特性阻抗0Z ,为了统一和便于研究,常常提出归一化的概念,即阻抗 () '0 Z z Z 称为归一化阻抗 ()() '' Z z Z z Z = (10) 第二讲:基本振子的辐射

电动力学复习总结第四章 电磁波的传播2012答案

电动力学复习总结第四章电磁波的传播2012答案 第四章电磁波的传播 一、填空题 1、色散现象是指介质的( )是频率的函数. 答案:?,? ???s2、平面电磁波能流密度和能量密度w的关系为( )。答案:S?wv ???3、平面电磁波在导体中传播时,其振幅为( )。答案:E0e???x 4、电磁波只所以能够在空间传播,依靠的是( )。 答案:变化的电场和磁场相互激发 5、满足条件( )导体可看作良导体,此时其内部体电荷密度等于( ) 答案:???1, 0, ?? 6、波导管尺寸为0.7cm×0.4cm,频率为30×109HZ的微波在 该波导中能以 ( )波模传播。答案:TE10波 ?E7、线性介质中平面电磁波的电磁场的能量密度(用电场表示)为 ( ),它对时间的平均值为( )。答案:?E2, 12?E0 2 8、平面电磁波的磁场与电场振幅关系为( )。它们的相位( )。答案:E?vB,相等 9、在研究导体中的电磁波传播时,引入复介电常数???( ),

其中虚部 是( )的贡献。导体中平面电磁波的解析表达式为( )。 ???????????xi(??x??t)答案:?????i,传导电流,E(x,t)?E0ee, ? ??10、矩形波导中,能够传播的电磁波的截止频率 c,m,n( ),当电磁 波的频率?满足( )时,该波不能在其中传播。若b>a,则最低截止频率为( ),该波的模式为( )。 答案:?c,m,n?? ??mn?()2?()2,?<?c,m,n,,TE01 abb?? 1 11、全反射现象发生时,折射波沿( )方向传播.答案:平行于界面 12、自然光从介质1(?1,?1)入射至介质2(?2,?2),当入射角等于( ) 时,反射波是完全偏振波.答案:i0?arctgn2 n1 13、迅变电磁场中导体中的体电荷密度的变化规律是( ). 答案:???0e?t? ? 二、选择题 ??22??1?E1?B1、电磁波波动方程?2E?22?0,?2B?22?0,只有在下列那种情况下c?tc?t

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