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第十章 光的电磁理论基础 Measurements of the Speed of light * 光的本质 光的电磁理论的建立（19世纪中叶） 麦克斯韦（Maxwell） 赫兹（Hertz） 光在电磁波中的位置 The electromagnetic spectrum long Wave length 380nm violet-blue 780nm deep-red Gamma Rays X- Rays Ultra violet V Micro -waves Radio -waves Infra -red short 第一节 光的电磁性质 一、麦克斯韦方程组 （Maxwell’s equation） 1、静电场和稳恒电流磁场的基本规律 电场强度（E）：电场中某点在数量和方向上等于单位正电荷在该点所受的电场力。单位N/c或V/m。 电感强度（D）：辅助物理量,D＝?E +P 。单位c/m2。 磁感强度（B）：单位T，1T=1N?s/c?m。速度为1m/s电量为1c的电荷受到的磁力为1N时的磁感应强度。 磁场强度（H）：辅助物理量，H＝B/? -M 。单位A/m。 高斯定理： 安培定则： ：磁场强度 ：电场强度 B: 磁感强度 D: 电感强度 H E 静电场和稳恒电流磁场的基本规律 2、麦克斯韦方程组的积分形式 后两个公式反映了磁场和电场之间的相互作用。 3、麦克斯韦方程组的微分形式 微分形式： （10－1） （10－2） （10－3） （10－4） 揭示了电流、电场、磁场相互激励的性质 二、物质方程 （描述物质在场作用下特性的方程） 三、电磁场的波动性（波动方程） 点积为零，叉积与时间偏导成正比 (10-13) (10-14) 四、平面电磁波及其性质 （一）波动方程的平面波解 1、方程求解： 设光波沿z轴正向传播 这是行波的表示式，表示源点的振动经过一定的时间推迟才传播到场点。 取正向传播： 2、解的意义： （二）波动方程的平面简谐波解 (Simple Harmonic Wave) 位相是时间和空间坐标的函数，表示平面波在不同时刻空间各点的振动状态。 波动公式： （10－25） （10－26） 上式是一个具有单一频率、在时间和空间上无限延伸的波。 说明2点： 沿空间任一方向k传播的平面波 复振幅：只关心光波在空间的分布。 （三）平面电磁波的性质 1、横波特性：电矢量和磁矢量的方向均垂直波的传播 方向。 2、E、B、k互成右手螺旋系。 3、E和B同相 五、球面波和柱面波 1、球面波：任意时刻波振面为球面的光波 ?公式 ?公式的意义 2、柱面波 （具有无限长圆柱波面的波，一般由线光源产生） ?公式 ?公式的意义 本课内容回顾 1、麦克斯韦方程组 2、物质方程 3、波动方程 4、电磁波的平面波解（平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质） 5、球面波和柱面波（定义、方程表达式） Concept 1. Amplitude, A, is the height of the wave above the axis of propagation. The energy of the light is proportional to the square of the amplitude. 2. Wavelength, ?, is the distance between consecutive equivalent points on the wave. 3. Frequency, ?, is the number of oscillations per second. Concept 4. Period, T, is the time it takes a point on the wave to make complete oscillation. Period and frequency are reciprocal to one another. 5. The velocity of propagation, v, of a wave is the product of wavelength and frequency; *