文档介绍：第一次课: 2学时
1 题目: § 电磁波光的电磁本性
§ 相干光
2 目的:
1 了解电磁场和电磁波的一般概念。了解电磁波的性质及电磁波谱。
2 了解获得相干光的方法。
一、引入课题:
人们对光(这里主要指可见光)的规律和本性的认识经历了漫长的过程。最早也是最容易观察到达规律是光的直线传播。在机械观的基础上,人们认为光是一些微粒组成的,光线就是这些微粒的运动路径。但人们已觉察到许多光现象可能需要用波动来解释,如牛顿环。与牛顿同时代的惠更斯明确提出光是一种波动,直到进入19世纪,。19世纪中叶光的电磁理论的建立使人们对光波的认识更深入了一步,19世纪末麦克耳孙的实验及爱因斯坦的相对论更完善了光的波动理论。。但许多应用实例是现代化的。正确的基本理论是不会过时的,而且它的应用将随时代的前进而不断翻新,现代的许多高新技术中的精密测量与控制就应用了光的干涉和衍射原理。激光的发明也是40年前的事情。人们对光的理论的认识也没有停止,20世纪初从理论和实验上证实了光具有粒子性,波动光学本身也在不断发展,光孤子就是一例。
本章主要光的波动理论及一些应用。
二、讲授新课:
§ 电磁波光的电磁本性
一、麦克斯韦方程组
麦克斯韦于1865年首先将电场和磁场的各种基本规律归纳为一组基本方程,现在称之为麦克斯韦方程组。
静电场是有源场
2 静电场的环路定理
静电场是保守场
3 磁场的高斯定理
磁场是无源场
4 磁场的环路定理
磁场是非保守场
5 变化的磁场产生电场
由法拉第电磁感应定律,变化的磁场也产生电场,即感生电场。
电源的电动势
在建立电动势的过程中,
非静电力的场强与静电力的场强相等
由法拉第电磁感应定律
则
即磁场变化激发电场,此电场是感应电场,感应电场是非保守场,电场线是闭合曲线。电场方向与磁通变化满足左手定则。
6 变化的电场产生磁场
以电热器充电为例,在此过程中电流随时间变化,是一个非稳恒过程。
在一个极板周围取一个闭合回路L,以它为界作两个曲面,前者与导线相交,后者通过电热器两板间不与导线相交。
设:通过导线的传导电流为I,该电流在电热器极板上中断。
由安培环路定理
过Σ:电流为I,
过Σ:电流为0
通过同一边界L所做的不同曲面上的电流不同,因此非稳恒情况下,安培环路定理出现矛盾,应代以新的规律。
(1)传导电流
自由电荷在Σ和Σ之间积累,设电容器一板面电荷密度为σ,则传导电流
(2)位移电流
随着电容器极板上电荷积累,板间场强也变化,因而过Σ的电通量Φe也变化
则
称其为位移电流。它不是由电荷运动形成的,而是由电场变化形成的。
在非稳恒的情况下,回路中的电流由两部分组成,称为全电流,在电容器极板中断的传导电路北位移电流接替下去,二者合在一起保持着连续性。
在非稳恒状态下,安培环路定理写为
意义:传导电流是激发磁场的源泉,位移电流(变化的电场)也是激发磁场的源泉,即变化的电场激发磁场。
此磁场是感应磁场,感应磁场是非保守场,磁场线是闭合曲线。磁场方向与电通变化满足