《电磁学》第8章 第8.2 电磁波(3学时)

电磁学——电磁波电磁学——电磁波【电磁波】在高频电磁振荡的情况下，部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做“电磁波”。

在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。

然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。

电磁波为横波。

电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。

如图3－83所示。

电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波。

波长越长的地面波，其衰减也越少。

电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。

中波或短波等空中波则是靠围绕地球的电离层与地面的反复反射而传播（电离层在离地面50～400公里之间）。

振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。

其速度等于光速（每秒3×1010厘米）。

光波就是电磁波，无线电波也有和光波同样的特性，如当它通过不同介质时，也会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。

在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度方向相同和量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长。

电磁波的频率γ即电振荡电流的频率，无线电广播中用用的波长在10～3000米之间，分长波、中波、中短波、短波等几种。

传真（电视）用的波长是3～6米；雷达用的波长更短，3米到几厘米。

电磁波有红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等。

各种光线和射线，也都是波长不同的电磁波。

其中以无线电的波长最长，宇宙射线的波长最短。

无线电波 3000米～0.3毫米。

红外线 0.3毫米～0.75微米。

可见光 0.7微米～0.4微米。

紫外线 0.4微米～10毫微米X射线 10毫微米～0.1毫微米γ射线 0.1毫微米～0.001毫微米宇宙射线小于0.001毫微米麦克斯韦于1865年从理论上证明电磁波的传播速度应等于光速。

《电磁学》教学大纲一、课程基本信息1．课程中文名称：电磁学2．类别：必修3．专业：物理学教育4．学时：108学时5．学分：6学分（含实践学分2学分）二、课程的地位、作用和任务电磁学是师范专科学校物理教育专业的一门重要的主干课程。

通过本课程的学习，使学生全面了解电磁运动的基本现象，系统地掌握电磁运动的基本概念及基本规律，初步具备分析解决电磁学问题的能力；了解经典电磁学的运用范围和电磁学发展史上某些重大发现和发明过程的物理思想和方法；了解电磁学研究的发展前沿以及它与其他学科的联系，注意理论联系实际，让学生初步学会用电磁学知识解决一些生产及生活中的实际问题。

三、理论教学内容与任务基本要求第一章真空中的静电场（ 10 学时）（一）要求l、掌握静电场的基本概念，基本规律；掌握描述“场”和解决“场”问题的方法和途径2、明确电荷是物质的一种属性，阐明电荷的量子性和守恒定律：掌握电荷之间的相互作用规律3、掌握电场强度、电位这两个重要概念以及它们所遵循的叠加原理4、能熟练地计算有关静电学的有关问题5、演示实验：（1）摩擦起电，电荷之间的相互作用，电荷的检验；（2）电力线的分布（二）要点：l、电荷2、库仑定律3、电场电场强度4、静电场的高斯定理5、电位电位差静电场的环路定理*6、电场强度与电位的微分关系（三）难点1、电场、电位和电能量等概念；2、求解电场、电位分布的方法第二章导体周围的静电场（6学时）（一）要求1、正确理解并掌握导体静电平衡的条件2、掌握导体静电平衡的性质：初步掌握求解导体静电平衡问题的方法3、理解电容及电容器的概念：掌握平衡板电容器、球形电容器、圆柱形电容器计算公式以及电容器串、并联的计算方法4、理解电场能的概念并会计算真空中的静电场能5、演示实验：（1）导体表面上电荷的分布；（2）静电感应起电；（3）静电屏蔽（二）要点：1、导体的静电平衡条件2、导体静电平衡的性质3、封闭导体腔内外的电场4、电容及电容器*5、静电计静电感应起电机6、带电体的能量（三）难点：根据导体静电平衡条件和导体的静电平衡性质求解导体静电平第三章静电场中的电介质（ 6 学时）（一）要求1、了解电介质极化的微观机制，掌握极化强度矢量的物理意义2、理解极化电荷的含义，掌握极化电荷、极化电荷面密度与极化强度矢量P 之间的关系3、掌握有介质时电场的讨论方法，会用介质中的高斯定理来计算静电场；明确E 、P 、D 的联系和区别4、了解静电场的能量及能量密度5、演示实验：介质对电容器电容的影响（二）要点：1、电介质的极化2、极化强度矢量3、有介质时的静电场方程*4、静电场的边值关系5、静电场的能量和能量密度（三）难点：求解介质中静电场的具体问题，如极化电荷的分布，介质中电场的分布等第四章稳恒电流和电路（8 学时）（一）要求1、理解稳恒电流的概念以及与其相对应的稳恒电场：了解稳恒电路的特点及串、并联电阻的计算2、透彻分析并掌握电流密度矢量及电场这两个概念的物理意义3、掌握欧姆定律（不含源电路、一段含源电路和全电路的欧姆定律）和焦耳定律；会计算电功及电功率4、掌握用基尔霍夫定律计算一些典型的复杂电路的方法5、演示实验：（1）电源电动势的测量；（2）影响导体电阻的因素；（3）惠斯登电桥（二）要点：1、电流稳恒电流电流密度矢量2、欧姆定律及其微分形式3、焦耳定律电功率*4、电阻的串联和并联*5、气体导电、液体导电6、电源和电动势7、闭合回路及含源支路的欧姆定律8、基尔霍夫定律*9、温差电现象（三）难点：l、电动势的概念2、用基尔霍夫定律求解复杂的电路第五章稳恒电流的磁场（ 10 学时）（一）要求l、理解掌握磁感应强度B 的物理意义2、在理解毕奥—萨伐尔定理物理意义的基础上能熟练地用它来计算载流导体的磁感应强度的分布3、掌握磁场中的高斯定理和安培环路定理；并会用安培环路定理计算具有轴对称的电流所产生的磁场4、掌握洛仑兹力公式及安培公式，并会用它们进行有关的计算5、演示实验：（1）磁感应线的演示（2）载流导线之间的相互作用（二）要点：l、基本磁现象2、磁感应强度、磁感应线3、毕奥—萨伐尔定律4、磁通量、磁场的高斯定理5、安培环路定理6、磁场对平行载流导线及带电粒子的作用7、平行载流导线的相互作用安培的定义（三）难点：1、磁感应强度的定义2、求解磁感应强度分布的具体问题第六章磁场对运动电荷和电流的作用（6学时）（一）要求1、掌握洛仑兹力公式，并会用右手螺旋法则判断洛仑兹力的方向2、掌握带电粒子在磁场中的运动情况3、了解回旋加速器的工作原理4、掌握安培力公式，并会用它们进行有关计算5、掌握磁场对载流导线的作用6、演示实验：（1）汤姆逊实验；（2）霍尔效应（二）要点：1、洛仑兹力2、汤姆逊实验*3、霍耳效应4、安培定律磁场对载流导线的作用（三）难点：洛仑兹力和安培力的概念及有关计算第七章磁介质（ 6 学时）（一）要求1、理解磁化的概念和描述磁化的宏观量M 的定义式；掌握磁化电流与磁化强度矢量M 之间的关系2、了解磁介质呈现顺磁性和抗磁性的原因；掌握铁磁质的三大特点：①高值，②非线性，③磁滞现象3、掌握介质中的安培环路定理及其应用；了解H 、M 、B 三者之间的联系和区别4、了解磁路概念及相应的计算5、演示实验：介质对磁场的影响（二）要点：1、磁介质的磁化磁化强度矢量磁化电流2、磁介质存在时的安培环路定理3、顺磁性与抗磁性4、铁磁质* 5、磁路及其计算（三）难点：磁化强度矢量的物理意义以及求解磁化电流的第八章电磁感应和暂态过程（ 12学时）（一）要求1、理解电磁感应现象的物理意义；掌握电磁感应的法拉第—楞次定律2、解感生电场的物理意义3、熟练地掌握计算动生电动势和感生电动势的方法，并能正确判断它们的方向4、了解自感现象和互感现象以及它们的应用，掌握自感系数L和互感系数M的物理意义和计算方法5、了解涡流，趋肤效应以及磁场的能量6、能正确写出RL、RC 串并联电路暂态过程的微分方程，掌握其解的形式和物理意义。

电磁学电磁波知识点总结电磁学是物理学中一个重要的分支，研究电荷和电流之间相互作用的规律以及电磁波在空间中的传播方式。

本文将就电磁学电磁波的相关知识点进行总结。

一、电磁波的基本概念电磁波是由振荡的电场和磁场组成的一种波动现象，它以光速在真空中传播，并且无需介质支持。

根据频率的不同，电磁波可分为不同种类，包括射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

二、电磁波的特性1.频率与波长：电磁波的频率与波长呈反比例关系，频率越高，波长越短。

波长和频率的关系可以用光速公式c=λν表示，其中c为光速，λ为波长，ν为频率。

2.传播方式：电磁波的传播方式分为直射传播与绕射传播。

直射传播指电磁波在遇到障碍物时沿直线路径传播；绕射传播指电磁波在遇到障碍物时发生弯曲或穿透物体的现象。

3.干涉和衍射：电磁波具有干涉和衍射现象。

干涉是指两个或多个波相遇时互相影响形成新的波动图案；衍射是指波通过障碍物或传播到孔洞中时发生弯曲或扩散的现象。

三、电磁波的分类1.根据频段划分：电磁波可以根据频段划分为射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

不同频段的电磁波具有不同的特性和应用。

2.根据波长划分：电磁波可以根据波长划分为长波、中波、短波和超短波等。

波长是指电磁波传播一个完整波动所需要的最短距离。

3.根据应用领域划分：电磁波可以根据应用领域划分为通信、雷达、医疗、天文、无线电、电视等。

四、电磁波的应用1.通信：电磁波的应用最广泛的领域之一就是通信，包括无线通信、卫星通信、光纤通信等。

这些通信方式都依赖于电磁波的传播特性。

2.雷达：雷达是利用电磁波的反射原理来探测目标的一种技术。

它通过发射电磁波并接收目标反射回来的信号来实现目标检测和跟踪。

3.医疗：电磁波在医疗领域有着广泛的应用，包括磁共振成像（MRI）、放射线治疗、超声波检查等。

这些技术都是利用电磁波与物质相互作用的原理实现的。

4.天文：电磁波在天文学中被广泛应用，包括利用射电望远镜观测宇宙背景辐射、利用可见光望远镜观测星体等。

《电磁波》讲义一、什么是电磁波在我们的日常生活中，电磁波无处不在，从手机通讯到微波炉加热食物，从广播电视信号到卫星导航，电磁波都扮演着至关重要的角色。

那么，究竟什么是电磁波呢？电磁波，简单来说，是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场。

它不需要依靠介质就能传播，在真空中也能自由传播。

电磁波的产生通常是由于电荷的加速运动。

比如，当电流在导线中快速变化时，或者电子在天线中来回振荡时，就会产生电磁波。

电磁波具有多种特性，包括波长、频率、振幅和波速等。

波长是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。

频率则是指电磁波在单位时间内完成的振动周期数。

振幅反映了电磁波的能量大小。

而波速，在真空中，电磁波的传播速度恒定，约为 3×10^8 米/秒。

二、电磁波的分类电磁波的频谱非常广泛，按照波长或频率的不同，可以分为多个类别。

无线电波是波长最长、频率最低的电磁波。

它们广泛应用于广播、电视、移动通信等领域。

我们日常使用的手机信号，就是通过特定频率的无线电波来传输信息的。

微波的波长比无线电波短一些，频率高一些。

微波炉就是利用微波来加热食物的，因为微波能够使食物中的水分子快速振动，从而产生热量。

红外线的波长比微波再短一点。

我们在生活中常见的红外线应用有遥控器、红外线测温仪等。

可见光，这是我们人类眼睛能够直接感知到的电磁波部分。

红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，组成了我们所看到的五彩斑斓的世界。

紫外线的波长比可见光短，过量的紫外线照射对人体有害，但适当的紫外线有助于人体合成维生素 D。

X 射线的波长更短，具有很强的穿透能力，在医学诊断和工业检测中有着广泛的应用。

伽马射线是波长最短、能量最高的电磁波，通常由原子核的衰变产生，在医疗、科研等领域有着特殊的用途。

三、电磁波的传播电磁波的传播方式主要有三种：地波传播、天波传播和直线传播。

地波传播主要适用于波长较长的无线电波。

它们能够沿着地球表面弯曲传播，所以在远距离通信中，尤其是低频和中频无线电信号，常采用地波传播。

《电磁场与电磁波》教学大纲一、课程基本信息课程名称：电磁场与电磁波课程编码：58083004课程类别：专业教育必修适用专业:通信工程开课学期：3—3课程学时:总学时： 64学时;其中理论 48 学时，实验 16 学时。

课程学分：4先修课程:大学物理、模拟电子线路、数字逻辑电路并修课程：课程简介:《电磁场与电磁波》课程是高等学校通信工程等电子科学与技术类各专业本科生必修的一门技术基础课.电磁场与电磁波是通信技术的理论基础，是通信工程专业本科学生的知识结构中重要组成部分。

本课程包括电磁场与电磁波两大部分。

电磁场部分是在《电磁学》课程的基础上，运用矢量分析的方法，描述静电场和恒定磁场的基本物理概念,在总结基本实验定律的基础上给出电磁场的基本规律，研究静态场的解题方法.电磁波部分主要是介绍有关电磁波在各种介质中的传播规律及天线的基本理论.二、课程教育目标本课程使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。

使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等)的建立过程以及分析方法。

培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。

其教育目标主要表在以下三方面:1、内容方面，应使学生牢固掌握矢量运算,梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式;掌握恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程等;掌握分离变量法、镜像法、有有界空间中电磁波的求解方法等；理解电磁场的矢势¦和标势、规范变换、规范不变性、库仑规范、洛仑兹规范、时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率等概念。

2、能力方面,应使学生学会和掌握如何通过数学方法求解一些基本和实际问题，对结果给予物理解释的科学研究方法；使学生在运算能力和抽象思维能力方面受到初步而又严格的训练；培养学生解决和研究问题的能力，培养学生严谨的科学学风.3、方法方面，着重物理概念、基本规律和基本问题的解释和阐述,注意本课程与大学物理电磁学的衔接，以及与后继课程联系,注重解决常见基本问题和实际问题。

《电磁波》讲义一、电磁波的发现在人类探索电磁世界的历程中，电磁波的发现无疑是一项具有里程碑意义的成就。

19 世纪中叶，英国物理学家麦克斯韦在前人的研究基础上，通过对电磁现象的深入分析和数学推导，提出了著名的麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组成功地统一了电学和磁学，预言了电磁波的存在，并指出电磁波的传播速度与光速相同。

这一理论的提出在当时引起了巨大的轰动，但由于其过于超前，在一段时间内并未得到广泛的认可。

直到 1887 年，德国物理学家赫兹通过实验成功地产生并检测到了电磁波，从而证实了麦克斯韦的理论。

赫兹的实验不仅为电磁波的存在提供了确凿的证据，也为后来无线电通信技术的发展奠定了基础。

二、电磁波的本质电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的波动现象。

它不需要任何介质就可以在真空中传播，这与机械波（如声波）需要介质来传播有着本质的区别。

电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。

电磁波具有波粒二象性，在某些情况下表现出粒子的特性，如光电效应；在另一些情况下则表现出波动的特性，如干涉和衍射。

电磁波的波长和频率是描述其特性的重要参数。

波长是指相邻两个波峰或波谷之间的距离，而频率则是指电磁波在单位时间内振动的次数。

它们之间的关系可以用公式 c ＝λf 来表示，其中 c 是光速，λ 是波长，f 是频率。

三、电磁波的分类根据波长或频率的不同，电磁波可以分为多个不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线等。

无线电波的波长较长，频率较低，常用于广播、电视、移动通信等领域。

微波的波长比无线电波短，频率较高，广泛应用于雷达、卫星通信、微波炉等设备。

红外线的波长比可见光长，具有热效应，常用于红外遥感、红外加热等。

可见光就是我们能够用肉眼看到的电磁波，其波长范围在 380纳米至 760 纳米之间。

紫外线的波长比可见光短，具有杀菌消毒、促进维生素 D 合成等作用，但过量的紫外线照射会对人体造成伤害。

《电磁场电磁波》讲义一、引言在我们的日常生活中，电磁场和电磁波无处不在。

从手机通讯到微波炉加热食物，从无线电广播到卫星通信，电磁场和电磁波在现代科技中扮演着至关重要的角色。

然而，对于大多数人来说，电磁场和电磁波的概念可能还比较抽象和神秘。

接下来，让我们一起深入探索电磁场和电磁波的奇妙世界。

二、电磁场的基本概念电磁场是由电荷和电流产生的一种物理场。

简单来说，电荷会产生电场，电流会产生磁场，而电场和磁场又相互关联、相互影响，共同构成了电磁场。

电场是一种能够对电荷产生作用力的场。

当一个电荷存在于空间中的某个位置时，它会在周围产生一个电场。

这个电场的强度和方向取决于电荷的大小和正负。

正电荷产生的电场方向是向外辐射的，而负电荷产生的电场方向是向内收敛的。

磁场则是由电流产生的。

当电流通过导线时，会在导线周围产生一个环形的磁场。

磁场的强度和方向与电流的大小、方向以及导线的形状和位置有关。

三、麦克斯韦方程组要深入理解电磁场，就不得不提到麦克斯韦方程组。

这是一组描述电磁场基本规律的数学方程，由四个方程组成。

第一个方程是高斯定律，它描述了电场的散度与电荷量之间的关系。

简单来说，就是电场线的条数与电荷量成正比。

第二个方程是高斯磁定律，表明磁场的散度总是为零，也就是说磁场线总是闭合的，没有磁单极子存在。

第三个方程是法拉第电磁感应定律，它揭示了变化的磁场会产生电场。

这是发电机的工作原理，通过旋转导体在磁场中切割磁感线，产生感应电动势。

第四个方程是安培麦克斯韦定律，它说明了变化的电场会产生磁场。

麦克斯韦方程组统一了电学和磁学，预言了电磁波的存在。

四、电磁波的产生电磁波是由变化的电场和变化的磁场相互激发而产生的。

当电荷加速运动或者电流随时间变化时，就会产生变化的电磁场，从而形成电磁波向周围空间传播。

例如，在一个简单的偶极天线中，电流在天线中来回振荡，产生变化的电场和磁场，进而辐射出电磁波。

电磁波的频率范围非常广泛，从低频的无线电波到高频的伽马射线都属于电磁波。