第 16章电磁振荡和电磁波
§ 16-4 电磁波的能量
§ 16-3 电磁波的基本性质
§ 16-2 电磁波的产生和辐射
§ 16-1 振荡电路 电磁振荡
§ 16-5 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 振荡电路和 电磁振荡
1,振荡电路
如图 17-1所示, 由电感 L和电容 C组成的电路 。 可
以产生随时间变化的电场和磁场 。
L C
L
C
K
?
0q
0q?
充电
2.电磁振荡
L C
q
IC 和 L,充电,电场, 电动势,
电流, 磁场, …… 所有的都在
随时间变化 。
电容里的电场和电感里的磁场的振荡就称为 电磁
振荡 ；这样的电路就成为振荡电路。
假设 I=0,q=q0 at t=0。 接下来我们将研究此电路的
细节方面。
定性,
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
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
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：
常数???? CqEEE me 2
2
0
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?
振荡电路能否永久振荡下去？
不能 。 因为这里有电阻会产
生热能。
3,RLC电路里的阻尼振荡和受迫振荡
L C
q
I
i? U?
R
RLC 电路
22
2
0
)2(
)co s (
LR
teqq LRt
???
??? ?
??
?? 受迫振荡
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
例 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?
磁 场 电 场
上面这个电路能否产生电磁波？
or
电磁波能否由上面这个电路所制造并发送?
§ 16-2 电磁波的产生和辐射
请自学十分钟
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。
电场,
磁场,
),,,( tzyxE?
),,,( tzyxB?
),,,( tzyxH?
?
振荡次数
+ q
- q
P
复杂
tPP co s0 ??
?
§ 16-3 平面简谐电磁波的性质
1,电偶极子制造的电磁波
简单
平 面 波
远区
在远区,
)(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,电磁波的基本性质：
(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 电磁波的能量
1,电磁波的能量
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。
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
以矢量的形式表示
?
?
?
???
传播方向方向：
大小EH
HES
???
S
?
2,电偶极子的 功率,
o
)]([c os6 23
2
0
4
V
rt
V
PS dsP ??? ?? ?
??
?
球面
平均功率,
4
3
2
0
4
12 ???
? ??
V
PP
§ 16-5 电磁波谱（自学）