平面电磁波解读

电磁波的极化与解析电磁波是一种由电场和磁场交替变化而产生的波动现象。

在电磁波的传播过程中，存在着一种重要的现象，即电磁波的极化。

电磁波的极化是指电场矢量沿着某个特定方向振动的现象。

电磁波的极化具有重要的意义，在无线通信、光学、天文学等领域有着广泛的应用。

一、电磁波的极化方式根据电磁波的振动方向和传播方向之间的关系，可以将电磁波的极化分为横波（Transverse Wave）和纵波（Longitudinal Wave）两种方式。

1. 横波横波是指电场和磁场振动方向垂直于电磁波传播方向的波动。

在横波中，电场和磁场的振动方向相互垂直，且都垂直于电磁波的传播方向。

横波的典型代表是光波，光波的电场和磁场振动方向垂直于光波的传播方向。

2. 纵波纵波是指电场和磁场振动方向与电磁波传播方向平行的波动。

在纵波中，电场和磁场的振动方向保持平行，与电磁波的传播方向相同或相反。

纵波的典型代表是声波，声波的压缩和稀疏便是纵波的表现。

二、电磁波的解析电磁波的解析是将电磁波分解为两个互相垂直的振动方向的过程，也可以理解为将电磁波分解为两个相互独立的横波和纵波的合成。

通过解析，我们可以更好地了解电磁波的性质以及其在不同介质中的传播规律。

1. 解析方式电磁波的解析方式有两种，即线偏振和圆偏振。

- 线偏振：线偏振是指电磁波的解析结果为一个方向上的振动，另一个方向上不振动。

线偏振的光波可以通过偏振镜进行滤波，将只有某一方向振动的光通过，而将另一方向振动的光阻隔掉。

- 圆偏振：圆偏振是指电磁波的解析结果为沿传播方向形成一个圆的振动。

圆偏振的光波可以通过一定的光学元件进行产生和分析。

在天文学领域，观测到的一些天体辐射呈现圆偏振现象，这对于研究天体结构和演化具有很大的帮助。

2. 解析的应用电磁波的解析在许多领域都有着重要的应用。

在无线通信领域中，利用电磁波的解析可以实现相同频率的电磁波的解调，从而实现信息的传输。

在光学领域，通过对光波的解析，可以将自然光进行变换和分析，获得更多的信息。

第2节电磁场与电磁波课标解读课标要求素养要求1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱:变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场。

2.了解电磁场在空间传播形成电磁波。

3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献。

1.物理观念:理解电磁场、电磁波及麦克斯韦电磁场理论，了解变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播的“能量观”及电磁场客观存在的“物质观”。

2.科学探究:探究电磁场与电磁波的存在。

3.科学思维:通过了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验，体会两位科学家研究物理问题的思想方法。

4.科学态度与责任:通过电磁波发现的过程，领会人类认识世界的认知规律，培养实事求是的科学态度。

自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一麦克斯韦电磁场理论变化①的磁场产生电场，是一个普遍规律，跟闭合电路②是否存在无关。

运动③的电荷在空间要产生磁场，从场的观点出发，麦克斯韦假设:变化的电场就像④运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。

要点二电磁波的产生变化的电场和磁场总是相互联系⑤的，形成一个不可分割的统一的电磁场。

如果在空间某区域有周期性变化⑥的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。

这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播⑦，形成了电磁波。

自主思考①磁场存在但不变化可以产生电场吗?产生电场的根源是什么？答案：提示不可以。

产生电场的根源不是只要有磁场就行，而是磁场“有”还必须“变”才可以产生电场。

②如果在变化的磁场周国不存在闭合电路，是否也产生电场?闭合电路的作用是什么?答案：提示只要磁场变化，即使不存在闭合电路，电场仍然产生，闭合电路只是起了一个检测这个电场存在的作用。

若放人的不是闭合电路而是可以自由移动的带电粒子或小球，它们也会在感应电场的作用下运动起来，说明变化的磁场确实产生了电场。

③电荷存在但不运动，可以产生磁场吗？电荷如何才能产生磁场？电荷产生磁场的根源是什么？答案：提示静止的电荷不产生磁场，只产生静电场。

科普电磁辐射了解电磁波对人体的影响电磁辐射是指电磁波在传播过程中向周围空间发射能量的现象。

在现代社会中，电磁波无处不在，从电视、电脑、手机等电子设备到无线电、微波炉等，都产生了不同程度的电磁辐射。

这引起了人们对电磁辐射对人体健康的关注与担忧。

本文将对电磁波对人体的影响进行科普解读，以帮助读者更好地了解电磁辐射及其潜在风险。

一、什么是电磁波电磁波是一种由电场和磁场相互垂直且相互耦合的波动现象。

根据其频率范围，电磁波可以分为很多种类，包括射频、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

这些电磁波在不同频段内具有不同的特性和用途，被广泛应用于通信、医疗、军事等各个领域。

二、电磁波对人体的影响虽然电磁波在现代生活中无处不在，但大多数频率范围内的电磁波对人体影响较小，无需过度担忧。

然而，高强度、长时间暴露在某些特定频率范围内的电磁波可能对人体产生一定的影响。

1. 电磁波的热效应射频、微波等高频段电磁波能量较高，长时间暴露在这些电磁波中可能引起人体组织的变热。

例如，微波炉产生的微波能够加热食物，但合理使用时并不会对人体造成伤害。

从目前的科学研究来看，日常使用的电子设备如手机、电视等所产生的电磁波对人体的热效应较小，不会对人体健康产生直接的危害。

2. 电磁波的非热效应除了热效应之外，某些低频段电磁波还可能对人体产生非热效应的影响。

然而，目前对于电磁波非热效应的研究尚未形成一致的结论。

一些实验研究表明，某些特定频率范围内的电磁波可能对细胞、基因等产生一定的影响，但这些结果尚未得到充分证实，还需要进一步的科学研究来验证。

三、如何减少电磁辐射对健康的影响尽管普通情况下电磁辐射对人体的影响有限，但出于对健康的保护，我们可以采取一些措施来减少电磁辐射的潜在风险。

1. 减少暴露时间和距离当使用电子设备时，可以尽量减少暴露时间，并保持一定的距离。

例如，使用手机时可以选择使用免提设备，这样可以将手机与头部保持一定距离，减少电磁波对头部的照射。

良导体中的的平面波
良导体中的平面波是一种特殊的电磁波，在导体中传播。

当电
磁波穿过导体时，它会与导体中的自由电子相互作用，导致电磁波
的衰减。

在良导体中，电磁波的传播受到导体电导率的影响，电导
率越高，电磁波的衰减越严重。

在电磁波传播中，平面波是一种特定的波动形式，它的波前是
平坦的，波峰和波谷是平行的。

在良导体中，平面波的传播受到导
体的影响，导体中的自由电子会对电磁波产生阻尼效应，使得平面
波在传播过程中衰减。

这种衰减会导致电磁波的能量逐渐转化为热能，最终被导体吸收。

良导体中的平面波还受到导体内部结构的影响，比如晶格结构、缺陷等因素都会对平面波的传播产生影响。

此外，频率、波长等也
会影响平面波在良导体中的传播特性。

总的来说，良导体中的平面波受到多种因素的影响，包括导体
的电导率、内部结构以及电磁波的频率和波长等。

这些因素共同作用，决定了平面波在良导体中的传播特性和衰减程度。

高中物理电磁波图像的解读作者：司德平来源：《教学与管理(中学版)》2011年第11期从电磁波的图像可以折射出电磁波的性质。

普通高中课程标准实验教科书物理选修3-4（人民教育出版社，2007年4月第2版）78页图14.1-3和全日制普通高级中学物理教科书（必修加选修）第二册（人民教育出版社，2003年6月第1版）243页图18-10都分别画出了沿z轴传播的电磁波在某一时刻的图像（如图1所示）。

由图1可知，在均匀平面电磁波中，E矢量和B矢量的相位相同，同步变化，同时达到最大值和最小值。

但许多中学物理教师认为：在电磁波传播过程中，电场能与磁场能相互转化，当电场最强时，磁场应最弱。

即电场强度E和磁感应强度B不会同时达到最大值和最小值，应是E和B的最大值恰好相差个波长。

因此，误认为图1是错误的。

本文对电磁波的图像予以解读，以帮助大家澄清误解，加深对电磁波性质的理解。

一、电磁波是横波（TEM波）根据麦克斯韦方程组在空间直角坐标系中的分量式可知，当平面电磁波沿＋z轴传播时，波面垂直于z轴。

对传播方向而言，电场矢量和磁场矢量只有横向分量，没有纵向分量。

若E 矢量沿x方向，则B矢量就沿y方向，二者彼此垂直，且都与传播方向垂直。

因此，电磁波是横波。

二、E矢量和B矢量同相位根据麦克斯韦方程可知，图1所示均匀平面电磁波的瞬时值表达式为：=m sin（?棕t-kz+?渍0）=m sin（?棕t-kz+?渍0）式中?棕t－kz＋?渍0为相位，其中?棕t为时间相位，kz为空间相位，?渍0为初相位。

因此，E矢量和B矢量相位相同。

在任何时刻、任何地点，E矢量和B矢量不仅都与传播方向垂直，而且三者构成右旋系（如图1所示）。

同时，也说明电磁波中E矢量和B矢量同时达到最大值和最小值。

三、同一点E矢量和B矢量的幅值成正比由均匀平面电磁波的波动方程可知，真空中的电磁波有：B=E式中?滋0为真空的磁导率，?着0为真空的介电常量。

可见，同一点E矢量和B矢量的幅值成正比。

第4节电磁波谱课标解读课标要求素养要求１.知道电磁波谱的组成。

２.了解电磁波谱各波段的特性及应用。

３.知道电磁波谱各波段传播方式及用途，１.物理观念：电磁波谱的概念和组成，电磁波具有能量的特性。

２.科学探究：各电磁波波段的特点、传播方式及用途，太阳光光谱分布与人类感知有关现象之间的关系。

３.科学思维：利用雷达工作原理确定物体的距离、方位和速度。

４.科学态度与责任：电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。

自主学习·必备知识见学用86页教材研习教材原句要点一电磁波谱电磁波谱就是按电磁波的波长大小或频率高低的顺序把它们排列成的谱①。

要点二电磁波谱的组成无线电波广泛应用于通信、广播及其他信号传输②。

红外线的波长比无线电波短，比可见光长。

所有物体都发射红外线。

热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强③。

能使人的眼睛产生视觉效应④的电磁波，称为可见光。

人眼看不到的比紫光波长更短的电磁波。

在紫光之外⑤，波长范围为5∼370 nm的电磁波是紫外线。

波长比紫外线更短⑥的电磁波就是X射线和γ射线了。

自主思考①什么是谱？电磁波谱是如何“排”成的？答案：提示按照对象的类别用整齐的形式编辑起来称为“谱”。

“电磁波谱”是将电磁波按一定的顺序排列起来形成的“谱”，“排”的顺序可以是按波长的大小，也可以是按频率的高低，还可以是按其他规律排。

②无线电波为什么广泛应用于“信号传输”？答案：提示波长越长的电磁波越容易产生衍射现象，无线电波波长大于1 mm且比较长，绕过障碍物（如建筑物等）向前传播的能力较强，因此适合用来信号传输。

③所有物体是指“一切物体”无条件地都发射红外线吗？为什么热物体的“红外辐射强”？答案：提示是，“一切物体”在任何状态下都发射红外线。

温度越高的物体，具有的内能越多，比冷物体向周围辐射红外线的热功率更强。

④什么是“视觉效应”？能产生视觉效应的电磁波是哪些？答案：提示视觉效应就是能引起视觉感觉，即“可以看到”。

电磁波的特性解读无线通信的原理无线通信已经成为现代社会中不可或缺的一部分。

在日常生活中，我们经常使用手机、Wi-Fi、无线电和卫星通信等设备来进行无线通信。

而这些通信方式的共同基础就是电磁波。

本文将解读电磁波的特性，以及它在无线通信中的应用原理。

一、电磁波的概念和特性电磁波是由电场和磁场相互作用所形成的一种波动现象。

它由频率、振幅、速度等特性来描述。

1. 频率：电磁波的频率指的是单位时间内波动的次数。

频率越高，波长越短，能量越大。

常见的电磁波有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等，它们的频率从低到高依次增加。

2. 振幅：电磁波的振幅代表了波动的幅度大小。

振幅越大，能量传输越强，对应的光线就越亮或信号传输越强。

3. 速度：根据麦克斯韦方程组，电磁波的速度恒定为光速，约为30万公里/秒。

二、无线通信的原理无线通信是一种通过电磁波在空间中传输信息的方式。

其核心原理是利用电磁波的特性在发送端将信息转换为电磁信号，然后在接收端将电磁信号转换回信息。

1. 发送端：发送端通常使用调制技术将信息信号转换为电磁信号。

调制技术有多种，常见的有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）等。

通过调制技术，发送端可以将声音、图像等信息编码到电磁信号中。

2. 传输通道：电磁波在空间中传输，可以通过天线、卫星、光纤等中继设备来进行传输。

与有线通信不同的是，无线通信使用电磁波作为媒介，信号的传输不受传输距离限制，可以在空间中自由传播。

3. 接收端：接收端的主要任务是将电磁信号转化为可以理解的信息信号。

接收端通过解调技术将电磁信号还原成原始的信息信号。

解调技术的种类与发送端的调制技术相对应。

三、电磁波在无线通信中的应用电磁波在无线通信中有着广泛的应用，包括无线电、微波、红外线、可见光等。

1. 无线电通信：无线电波是一种长波，适用于较远距离的通信。

它主要应用于广播、电视、对讲机、无线网络（Wi-Fi）等领域。

2. 微波通信：微波波段的特点是波长短、频率高，适用于较短距离的通信。

电磁场与电磁波实验报告姓名：学号：班级：实验一电磁波反射实验一、实验目的1. 掌握微波分光仪的基本使用方法；2. 了解3cm信号源的产生、传输及基本特性3. 验证电磁波反射定律。

二、实验原理反射光一侧的电流值代表反射光的强度，所以反射角的位置由反射光一侧最大电流确定。

三、实验内容与步骤1.校准仪器，使两喇叭口对正2.固定反射板3.设置信号源4.调节可变衰减器5.设置波的频率6.改变入射角角度，将测量结果记录下来●步骤1中：对正具体做法是：保证轴线在一条直线（指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的0-180刻度处），不断调整喇叭口朝向，使电流表的读数最大。

●步骤2中：使金属板平面与小圆盘上的90-90刻线对齐，使小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。

●步骤3中：打开信号源开关，将三厘米固态信号源设置在:“电压”和“等幅”档，电压设置为12V.●步骤4中：使活动臂上微安表的读数为满量程的80%左右。

●步骤5中：调节可变衰减器一侧的旋钮，使频率符合实验要求（9.37GHz、8.8GHz）●步骤6中：转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在刻度为30度处（即入射角），然后由左向右转动活动臂，使得表头指示最大，此时即为反射角度数，记下该角度读数。

然后分别将固定臂指针指在刻度为40度、45度、50度、60度、80度处，重复上述操作，并记下相应的反射角读数。

四、实验数据记录及处理（1）9.37=f GHz（2）8.8=f GHz五、实验分析（1）由多次测量取平均值的实验结果来看，在误差允许的范围内，入射角等于反射角，验证了反射定律。

（2）引起误差的主要原因，除了客观因素（实验器材本身）和人为因素（读数不准确）外，还包括1.实验开始时喇叭口校准不到位2.实验过程中不小心造成的已校准过的喇叭口的偏移3.来自其他实验组的干扰（3）实验过程中测量所得的角度是反射光最强的处对应的角度，角度的偏差是由（3）中所述的误差原因造成的。

思考与练习一1．证明矢量3ˆ2ˆˆz y x e e e-+=A 和z y x e e e ˆˆˆ++=B 相互垂直。

2. 已知矢量 1.55.8z y e ˆeˆ+=A 和4936z y e ˆ.e ˆ+-=B ，求两矢量的夹角。

3. 如果0=++z z y y x x B A B A B A ，证明矢量A 和B 处处垂直。

4. 导出正交曲线坐标系中相邻两点弧长的一般表达式。

5．根据算符∇的与矢量性，推导以下公式：()()()()B A B A A B A B B A ∇⋅+⨯∇⨯+∇⋅+⨯∇⨯=⋅∇)(()()A A A A A 2∇⋅-∇=⨯∇⨯21 []H E E H H E ⨯∇⋅-⨯∇⋅=⨯⋅∇6．设u 是空间坐标z ,y ,x 的函数，证明：u du df u f ∇=∇)(， ()du d u u A A ⋅∇=⋅∇， ()dud u u A A ⨯∇=⨯∇，()[]0=⨯∇⋅∇z ,y ,x A 。

7．设222)()()(z z y y x x R '-+'-+'-='-=r r 为源点x '到场点x 的距离，R 的方向规定为从源点指向场点。

证明以下结果，R R R R =∇'-=∇， 311R R R R-=∇'-=∇，03=⨯∇R R ，033=⋅∇'-=⋅∇RR R R )0(≠R 〔最后一式在0=R 点不成立〕。

8. 求[])sin(0r k E ⋅⋅∇及[])sin(0r k E ⋅⨯∇，其中0E a ,为常矢量。

9. 应用高斯定理证明 ⎰⎰⨯=⨯∇v sd dV f s f ，应用斯克斯〔Stokes 〕定理证明⎰⎰=∇⨯s Ldl dS ϕϕ。

10.证明Gauss 积分公式[]⎰⎰⎰⎰⎰∇+∇⋅∇=⋅∇s Vdv d ψφψφψφ2s 。

11.导出在任意正交曲线坐标系中()321q ,q ,q F ⋅∇、()[]321q ,q ,q F ⋅∇∇、()3212q ,q ,q f ∇的表达式。

本学期通过《电磁场与电磁波》课程的学习，受益匪浅。

虽然对其中很多知识理解比较困难，但大体了解了电磁场与电磁波的基本概念和定理，掌握了对场的基本分析方法和解题方法，并接触了一些自认为是比较前沿的东西，同时离自己的专业方向也越来越近了。

课程理解不是很透彻，所以就平面电磁波极化特性及磁场感应涡流加热原理，并结合网上资料，说一下自己肤浅的看法。

一、平面电磁波极化特性及应用均匀平面波的极化是电磁理论中的一个重要概念，它表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量E的端点在空间描绘给出的轨迹来表示。

根据轨迹不同，分为直线极化、圆极化、椭圆极化。

1、圆极化雷达雷达工作原理：雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。

天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。

电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。

天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。

圆极化雷达也被称为全天候雷达，在雨雾冰雪的恶劣气候中也能正常的工作。

由于受到地球重力的影响，雨滴在下落过程中通常变为椭球形状。

当线极化平面电磁波穿过雨区时，如果平面波的极化方向，即电场强度的方向与雨滴椭球的长轴一致时，在雨滴中将会产生感应电流，导致电磁能转变为热能，这种不可逆的能量转换会使电磁波受到强烈的衰减。

所以线极化波雷达在雨季一般难以正常地工作。

而圆极化电磁波的电场方向会不断地旋转，因此不可能总与雨滴椭球的长轴一致。

当电场强度的方向垂直于雨滴椭球的长轴时，不会产生感应电流，此时电磁波不会受到衰减，因此圆极化波雷达穿过雨区是不会遭受到强烈吸收。

2、无线通信中的极化问题在无线通信应用中，为了实现最佳的接收状态，接收天线的极化特性必须和被接收的电磁波的极化特性完全一致，否则不能接收或者只能接收部分能量。

接收天线的极化特性与被接收的电磁波的极化特性完全一致的状态称为极化匹配，极化匹配对于无线通信链路是非常重要的。

关于平面电磁波中电场与磁场位相差的讨论肖军由无场源麦克斯韦方程2100B E t EB c t E B ∂∇⨯=-∂∂∇⨯=∂∇⋅=∇⋅=. （1） 可解得在真空中一个线偏振的平面电磁波之电场与磁场具有以下函数形式()()000i k r t i k r t E E eB B e ωωϕ⋅-⋅-+== （2）式中0E 和0B 都是实数常矢量；k 是波矢量；r是观测位矢量；ω是角频率；0ϕ是电场E 和磁场B间的相位差。

由（2）式可推得以下结果()()0i k r t E e E ω⋅-∇⋅=∇⋅()0i k r t ik E e ik E ω⋅-=⋅=⋅(3)()()00i k r t B e B ωϕ⋅-+∇⋅=∇⋅()00i k r t ik B e ik B ωϕ⋅-+=⋅=⋅(4)()()0i k r t E e E ω⋅-∇⨯=∇⨯()0i k r t ik E e ik E ω⋅-=⨯=⨯(5)()()0i k r t E E e t tω⋅-∂∂=∂∂()0i k r t i E e i E ωωω⋅-=-=- (6)()()00i k r t B e B ωϕ⋅-+∇⨯=∇⨯()00i k r t ik B e ik B ωϕ⋅-+=⨯=⨯(7)()()00i k r t B B e t tωϕ⋅-+∂∂=∂∂()00i k r t i B e i B ωϕωω⋅-+=-=- (8)由此易看出，无论0ϕ是否为零，由(1)式的麦克斯韦场方程均能得到 2k E B k B Ecωω⨯=⨯=- （9） 以及222k cω=（10）对于00ϕ=情形，电场E 和磁场B是同相位。

由（2）式知()()00i k r t i k r t E E eB B eωω⋅-⋅-== （11） 上式表明，电场E 和磁场B 均是在t 时刻位于r点处的电磁场。

对于00ϕ≠情形，电场E 和磁场B存在有一个位相差0ϕ，若令00k r ϕ=⋅∆（12）其中0r ∆是常矢量。

电磁波的形状
电磁波如同一条形状多变的绚丽彩虹，展现出令人叹为观止的美丽景象。

它们以无形的方式穿梭于宇宙间，将信息传递到我们的身边。

让我们来看看电磁波的最基本形状——平面波。

它就像一片平静的湖面，泛起涟漪，向四周扩散。

这种波形呈现出规律的起伏，给人以一种稳定而平静的感觉。

我们常见的光线就是一种平面波，它通过空气或其他介质的传播，将丰富多彩的景象带到我们的眼前。

接下来是球面波，它如同一颗水滴在水面上泛起的涟漪向四周扩散，形成一系列同心圆环。

这种波形具有向外传播的特点，就像我们投掷一颗石子入水时，波纹向外扩展，将水面上的一切都涵盖其中。

类似地，无线电波也是一种球面波，它从发射源向各个方向传播，让我们能够收听到广播和无线电信号。

还有一种特殊形状的电磁波，称为椭圆波。

它的波形呈现出椭圆的形状，有时候会更加扁平，有时候则更加拉长。

这种波形常常出现在雷达信号中，通过测量椭圆波的变化，我们可以获取目标物体的运动信息。

电磁波的形状多种多样，每一种形状都有自己独特的特点和应用。

它们穿越时空，将信息传递到我们的身边，让我们感受到世界的多彩和无限可能性。

无论是平面波、球面波还是椭圆波，每一种波形都是宇宙中一段美丽的旋律，让我们对电磁波的奥秘和神奇产生无
尽的好奇和探索的欲望。