第 16章电磁振荡和电磁波
Chapter 16 Electromagnetic Oscillation and
Waves
§ 16-4 Energy in Electromagnetic Waves
电磁波的能量
§ 16-3 The Properties of Electromagnetic Waves
Electromagnetic 电磁波的基本性质
§ 16-2 Generation & Radiation of an
Electromagnetic Wave 电磁波的产生和辐
射
§ 16-1 LC Circuit & LC Oscillations
振荡电路 电磁振荡
§ 16-5 Electromagnetic Spectrum
电磁波譜 ※
1.了解 LC电路中电磁振荡的规律和特点；
2.了解电磁波的产生和辐射，电磁波的能量。
3,理解电磁波的基本性质。
教学要求
历史人物和重大事件：
M,Faraday(英国）：电磁感应定律；
J.C,Maxwell (英国）：电磁理论；
H.R,Hertz(德国）：证实电磁波；
G,Marconi(意大利）：无线电传输；
波波夫（苏联）：无线电传输；
J,A,Fleming(英国）,1904年制成二极管；
l.De,Forest(美国）,1906年发明三极管；
斯耳顿 (英国）,1908年提出电视机的设计原理；
1910年美国出现无线电广播；
1925年美国制成光电显像管和第一台电视机；
1928年美国出现电视台；
肖克莱，巴丁和布拉坦（美国）,1947年 12月 23日制成
第一只晶体管,1950年日发明晶体管三极管；
1959年美国率先推出第一块集成电路,……..,现
在已是超大规模集成电路；
40和 50年代发明计算机,…….,巨型计算机；
二十一世纪：信息时代，你们的时代！！！
§ 16-1 LC Circuit & LC Oscillations
振荡电路 电磁振荡
1,LC circuit
As shown in Fig.17-1,the circuit consists of an
inductor L and a capacitor C,which can produce an
electric field and magnetic field varying with the time.
L C
L
C
K
?
0q
0q?
charge
2,LC Oscillations
L C
q
IC and L,charge,electric field,
electric potential,electric
current,magnetic field,…,,All
are varying with the time.
The resulting oscillations of the capacitor’s electric
field and the inductor’s magnetic field are said to be
electromagnetic oscillations,Such a circuit
is said to oscillate,
Assume that I=0,q=q0 at t=0,In the following,we
will study this circuit in detail.
Qualitatively,
L C
0q
0?I
t=0
I q
L C
0?q
maxI
L C
0?I
0q
0q?
0q?
I q
反向充电
Qualitatively(定性）,
L C
0q?
0?I
t=T/2
I q
L C
0?q
maxI
0q
I q
反向
L C
0?I
0q?
0q
复原
Quantitatively（定量）,
电能 磁能 电能 磁能 周期性变化
L C
q
I
i? U?
dt
dIL
C
qU
i ????? ?
0?? CqdtdIL
022
2
?? qdt qd ?
LC
1??
dt
dqI ?
与谐振子的运动方程相似,q?x.
)tc o s (qq ?? ?? ?
)ts i n (I)ts i n (qI m a x ????? ?????? ?
)t(s i nCq)t(s i nLqLIE m ????? ?????????? ?
?
????
?
?
)t(c osCqCqE e ?? ????? ?
?
?
?
电荷、电流、电能和磁能与时间的关系：
tt a nc o nsCqEEE me ?????
?
?
LC??
??
2
1
2
?? LCT ?2?
频率和周期：
由电路的固有性质决定 。 Q0 和 ?由初始时刻电容器带
的电量和电路中的电流决定 。
L C
q
I
i? U?
Can LC circuit oscillate forever?
No,That is because there is the
resistance in which the thermal
energy will produce.
3,Damped oscillation and forced oscillation in an RLC
circuit
L C
q
I
i? U?
R
RLC circuit
22
2
0
)2(
)co s (
LR
teqq LRt
???
??? ?
??
?? Forced oscillation
L C
q
I
i? U?
R
~
td??? co s0?
L C
q
I
i? U?
R
~
td??? co s0?
固?? ?d
L
q
I
R
~ td??? co s0?
电磁共振
Example 16-1：如图为一个 LC电路上电容器电荷随
时间的变化曲线试写出 q~t和 I~t的数学表达式。
q(C)
t(s)
2.5
5
2 3o
解：
)3c o s (5 ?? ?? tq
)3s in (5 ??? ??? tI
L
q
I
R
~ td??? co s0?
Magnetic field Electric field
Can the above circuit produce the electromagnetic wave?
or
Can the electromagnetic wave produced by the above
circuit sent out?
§ 16-2 Generation & Radiation of an
Electromagnetic Wave 电磁波
的产生和辐射
Please,learn by yourself
in ten minutes.
I L
C
+q
-q
（ 1）振荡电路中所产生的电场和磁场必须散布
到周围的空间中
（ 2）提高辐射频率
LC
1 ??
电磁波的波源：
振荡电偶极子
tqq co s0 ??
tPP co s0 ??
+ q
- q
P
电磁波的辐射
设振荡电偶极子的正、负电荷不断地交替变化，因
而电场与磁场也随着时间不断变化。其电场变化如
图所示：
变化的电场产生磁场，变化的的磁
场又产生电场，它们的场线彼此套
联，这样，变化的电磁场由近及远
地传播出去。
Electric field:
magnetic field:
),,,( tzyxE?
),,,( tzyxB?
),,,( tzyxH?
?
Oscillating quantities
+ q
- q
P
complicated
tPP co s0 ??
?
§ 16-3 The Properties of Plane electromagnetic
Waves 平面简谐电磁波的性质
1,Electromagnetic wave produced by Electric dipole
simple
Plane Waves
Far region
In the far region:
)(co s4 s i n),( 20
2
V
rt
rV
PtrE ?? ?
??
??
)(c o s4 s i n),( 0
2
V
rt
Vr
PtrH ?? ?
?
??
特点：
(1)
很大，可视为平面波）（ rrHE 1,?
(2)
?s in,?HE
(3)
22,?? orHE ?
(4) 互相垂直，符合右手螺旋法则。rHE ??? 和,
+ q
- q
P
?
r?
E?
H?
r?
2,The basic properties of electromagnetic waves:
(1) 互相垂直，且都与传播方向垂直，即为横波；
HE ??与
（ 2）在空间任一点上,E和 H同位相，即同时达到最大，
或最小；
E?H?
传播方向
（ 3） E和 H有确定的关系：,即知道 E，
可给出 H（值）；
HE ?? ?
（ 4）电磁波的速度：
??
1?V
smc /10998.21 8
00
???
??
真空
§ 16-4 Energy in Electromagnetic Waves
电磁波的能量
1,Energy in electromagnetic waves
电磁波 电磁能量的传播过程
电磁辐射 辐射能
能流密度,单位时间通过垂直于传播方向的单位面积
的辐射能，用 S表示。
Energy density(能量密度）：
)(21 22 HEwww me ?? ????
能流密度 S：
w V d t d sw d Vdw ??
)(2 22 HEVwVd t d sdwS ?? ????
HE ??
??1?V HE ?? ?
EHS ?
Vdt ds
Vdt ds
In the vector form
?
?
?
???
传播方向方向：
大小EH
HES
???
S
?
2,The power(功率） of electric dipole:
o
)]([c os6 23
2
0
4
V
rt
V
PS dsP ??? ?? ?
??
?
球面
The average power:
4
3
2
0
4
12 ???
? ??
V
PP
§ 16-5 The Electromagnetic spectrum
电磁波谱（自学）