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了解电磁波

一、什么是电磁辐射

能量以电磁波形式由源发射到空间的现象，或能量以电磁波形式在空间传播。电磁辐射有时也可引伸，将电磁感应现象也包括在内。但在环境保护领域，电磁辐射是指能量通过空间传播的所有现象，而不论其是否以电磁波的形式还是以电磁感应或静电感应的形式。即频率从零赫兹开始，能量以电场、磁场或电磁波的形式传播的所有现象。在环境保护领域，电磁辐射通常指电场强度、磁场强度和无线电干扰三种物理现象或物理量。

电磁辐射是由加速运动的电荷所产生的一种能量。任何一个带电的物体均能在其周围产生电场，任何一个载流导体均能在其周围产生磁场。当带电系统的电荷电流随时间作周期性变化时，该系统所产生的磁场也发生周期性变化并不断向空间传播，理论上讲其传播距离可达到无限远，但因受到空气及空间物体的吸引作用、反射作用等，这种传播实际上只能达到一定的范围。

二、电磁辐射的应用

电磁辐射以光速（3×108米/秒）传播，用以传递信息，在工业、军事科学、医学以及人们日常生活中，广泛使用伴有电磁辐射的设备，如雷达、卫星通讯、微波炉、热疗器、塑料热合机、电视机、收音机等。随着科学技术的不断发展，其应用范围会进一步扩大。

三、电磁辐射的频率范围

电磁辐射的频带为0—1025赫兹（Hz），0—3×1012 Hz属射频段，3×1012—3×1015 Hz属激光频段。常用的是电磁辐射的射频频段，有关射频电磁辐射的频段、应用与防护见下表。

射频电磁辐射的频段、应用与防护表

序射频波谱分段

1 名称长波中波短波超短波分米波厘米波毫米波

2 代号LF MF HF VHF UHF SHF EHF

3 波长λ（m）＞103102～103 101～102 100～101 10-1～100 10-2～10-1 ＜10-2

4 频率f（Hz）＜3×10

5 （3-30）×10

6 （3-30）×10

7 （3-30）×10

8 （3-30）×10

9 （3-30）×1010 ＞3×1011

5 技术应用1．感应加热（淬火、熔炼焊接、切割等）2．介质加热（木材、粮食、纸张、茶叶、塑料等）3．无线电通讯、广播4．物理治疗1．无线电广播电视2．无线电通讯3．工业射频等4．医用理疗1．雷达等2．无线电导航等3．无线电天文学、气象学4．无线电通讯

6 辐射场源1．高频变压器2．馈电线3．感应器、或工作容器4．耦合电容器1．馈线2．天线3．振荡回路4．工作电路1．天线2．辐射体

7 度量单位电场强度（E）V/m磁场强度（H）A/m （E）V/m（H）A/m 功率密度mW / cm2(μW / cm2)

8 防护措施1．屏蔽（单元与全系统）2．远距离控制3．屏蔽室1．屏

蔽2．遥控3．屏蔽室1．屏蔽室2．波能吸收装置3．吸收；4．屏蔽+吸收5．自动化；6．个体保护（头盔、眼罩、穿着等）

四、电磁辐射污染源

电磁辐射污染源产生于一切电子设备和电气装置的工作系统。电磁辐射污染源很多，在环境保护工作中通常分为五大类：

（一）广播电视发射系统

主要指广播、电视发射设备。对周围环境影响比较大，有的其影响半径可达数公里。

（二）通信、雷达发射系统

主要指移动通信基站，寻呼发射天线，雷达、导航、卫星地面站、地球站等发射系统。

（三）工、科、医电磁设备

指工业、科学和医疗系统的电磁设备。如高频感应加热设备（高频粹火、高频焊接等），它们在工作时产生比较强大的电磁感应场和辐射场，带来的环境污染比较突出。高频介质加热设备（塑料热合机、高频干躁处理机、介质加热联动机等），这些设备在工作时引发的电磁辐射比较严重，对值班人员及附近居民有不良影响。短波、超短波或微波理疗设备。微波加热及发射设备，由于天线系统的旋转会使周围环境受到较严重的影响。

（四）高压输变电工程

指高压输变电线路和变电站。

１．电晕放电。由于高压线表面的电位梯度很大，因此高压线不断向

周围空气放电，这就是电晕放电。放电的形式,是脉冲型电磁噪声，其频率为几十kHz。一般来说，当电位梯度小于15kv/cm时，其电晕放电几乎不存在。对于正常运行的良好送电线路，对设备产生的电磁辐射干扰是以电晕放电为主的。

２．绝缘子放电。由于高压架空送电线路和变电站绝缘子污秽或绝缘子串中损坏个数过多，使分配到每个绝缘子上的电位差过高等原因形成的。这种放电的频谱可高达数百MHz，有时其强度也比电晕放电来的强。但是对于正常运行的良好送电线路，这种放电不是主要成份。（五）电牵引系统

如无轨、轻轨电车，电气化铁道。

五、电磁辐射的主要危害

电磁辐射能量既可作为能源来利用，但也能产生危害，其主要危害有以下几个方面。

（一）引燃引爆

极高频辐射场能引起导弹控制系统失灵，电爆管效应提前或泻后；也可使金属器件之间打火，从而引起火药、燃油或气体的燃烧和爆炸。（二）工业干扰，特别是信号干扰与破坏

可直接影响电子设备、仪器仪表的正常工作，信息失误、控制失灵，医院附近的电工电器产生高频电磁辐射，可干扰脑电图等仪器无法正常工作。

（三）对身体健康带来危害

高强度的电磁辐射以热效应和非热效应两种方式作用于人体，可导致

机体发生机能障碍和功能紊乱。

电磁辐射对公众健康的危害主要是健康效应。健康效应又分为躯体效应和种群效应。种群效应不是短时间可以观察到的，也许使人类变得更加聪明，也许相反使人类的发展受到影响。躯体效应又分为热效应和非热效应。热效应的机理，人类已经了解得比较清楚，人体接受电磁辐射以后，而使机体升温。如果吸收的辐射能很多，靠人体的温度调节功能来不及把吸收的热量散发出去，则会引起体温升高，进而引发各种症状。对于非热效应的机理，人类目前了解得还不十分充分，但确实存在这种效应：即吸收的辐射能还不足以引起体温升高，但会出现生物学变化，导致神经衰弱。据资料报到，电磁辐射也会引起癌症。

在电磁干扰方面，电磁辐射能干扰广播电视信号，能使心脏起搏器停止，能使飞机导航失控，能使仪器失灵，能使炸弹引爆等。

六、电磁辐射的主要法规、技术规范和标准

（一）《电磁辐射防护规定》GB8702—88

（二）《电磁辐射环境保护管理办法》国家环保局第18号令。

（三）《辐射环境保护管理导则－电磁辐射监测仪器和方法》HJ/T10.2—1996。

（四）《辐射环境保护管理导则—电磁辐射环境影响评价方法和标准》HJ/T10.3—1996。

（五）《500kv超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》

HJ/T24—1998。

（六）《高压架空输电线、变电站无线电干扰测量方法》GB7349—87。

七、电磁辐射的防护

目前电磁辐射的防护主要有这几种方法：

（一）屏蔽法

采用某些技术措施，将电磁辐射的影响局限在指定的空间范围内。一种是将辐射污染源加以屏蔽，使其不对限定范围以外的生物机体或仪器设备产生影响，称之为主动场屏蔽或有源场屏蔽；另一种是将指定范围内的人或仪器设备加以屏蔽，使其不受电磁辐射的影响或干扰，称之为被动场屏蔽或无源场屏蔽。

（二）接地法

将屏蔽部分或屏蔽体所产生的感应电流由电极导入地下，以免再次成为二次辐射源。

（三）吸收法

选用能吸收电磁波的材料，使电磁波衰减。

（四）个体防护法

对处于电磁辐射场环境中的作业人员的防护。主要是穿着防护服；戴防护头盔；戴防护眼镜等。

（五）增强辐射环境保护意识，注意工业射频设备的布局与分区控制实行干净区、轻度污染区与重污染区的“三区”管理，确定保护距离，大功率的发射设备必须安置在远郊区，电台附近不应建设居民区及学校，对大型发射台站的选址应执行当地政府的有关规定。

电磁波练习题

第一章： 1. 设电荷均匀分布在半径为a 的介质球内，其体电荷密度为ρ，求该电荷产生的电场分布。球内的介电常数为ε，球外为0ε。求介质球内外的电场强度。 2. 频率为3GHz 的平面电磁波，在理想介质（ 2.1,1r r εμ==）中传播。计算该平面波的相位常数、相波长和波阻抗。 3. 正弦平面波由自由空间向一理想介质（4,1r r εμ==）垂直入射，求反射系数 R 和折射系数T 。第二章： 1. 一圆极化波()j z m x y E E e je e β=+从空气垂直投射于一理想介质平面上。求反射波的电场。 2.一负载(15050)L Z j =-Ω与特性阻抗075Z =Ω，长度为5cm 的传输线相连，波长为6cm ，计算：（1）输入阻抗in Z ；（2）工作频率f ，假定相速是光速的77%。第三章： 1.矩形波导切面尺寸为22310mm ?，内充空气，信号源频率为10kHz ，求此波导中可以传输的模式。 2.因为工作于截止频率附近损耗很大，通常取工作频率下限等于1.25倍截止频率。现需要传输4.8GHz-7.2GHz 的矩形波导实现单模传输，试决定波导尺寸。 3.由空气填充的矩形谐振腔，其尺寸为a=25mm ，b=12.5mm ，d=60mm ，谐振于TE 102模式。若在腔内填充介质，则在同一工作频率上将谐振于TE 103模式。求介质的介电常数r ε应为多大？ 4.a=5cm 、b=2.5cm 的矩形波导，填充03εε=的介质，求当f=4GHz 时，波导中能传播的模式及这些传输模式的g λ，p v 。第四章： 1.考虑一个沿z 轴取向的传输线，它的特性阻抗为Z 0，在d=0处负载为Z L ,试推导传输系数T 0。 2.负载阻抗Z L =（30+j60）Ω与长为2cm 的50Ω传输线相连，工作频率在2GHz ，求反射系

1 电磁波基础知识

1 电磁波基础知识 1.1电磁场基本定义交变电磁场的性质在某空间内，任何电荷由于它本身的存在，受有一种与电荷成比例的力，则这空间内所存在的物质，也就是给电荷以作用力的物质称为电场。如果电场的存在是由于电荷的存在，则这种电场是符合库仑定律的，称为库仑电场。静止电荷周围所存在的电场，则称为静电场，它是库仑电场的一种特殊情形。运动电荷受到作用力的空间称为有磁场存在的空间。而且将这种了称为磁力。此外，一个变动的磁场产生一个电场，此电场不但存在于变动磁场的范围里，并且还存在于邻近的范围里。同样，一个变动的电场在发生变动的范围和变动附近的范围里产生一磁场。可见，不仅电荷可以产生电场，变化的磁场也能产生电场，不仅传导电流可以产生磁场，变化的电场（位移电流）也能产生磁场。电磁波的性质在空间的一定范围里无论是电或磁的情况有了一个扰动，那么这个扰动就不能被限制在该范围之内。在该范围里变动的场也在它附近的范围里产生场，这些场又在更外围的空间产生场，于是能量便被传播开来。当这种现象连续进行时，即有一含有电磁能量的波向外传播电磁波。电磁发射：从源向外发射电磁能的现象。电磁环境：存在于给定场所（空间）的所有电磁现象（包括全部时间和全部频谱）的总和。电磁兼容：设备或系统在其中电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事务构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁干扰：电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。近场和远场：我们知道，静电场、静磁场等静态场中是没有近场和远场之分，有场源就有场。静电荷周围的静电场，是随着与场源距离的增大而成平方反比的关系衰减的；而恒定电流产生的静磁场，则随着与场源距离的增大而成立方反比的关系衰减。当电磁场由静态场过渡到时变场时，电荷、电流周围依然存在电磁场，称为感应场或近场；此外，还出现一种新的电磁场成分，称为辐射场或远场，它是脱离电荷、电流并以电磁波的形式向外传播的电磁场。它一旦从电荷、电流等场源辐射出去，就按自身的规律运动，与场源后来的状态没有关系。感应场或近场是随着与场源距离的增大而成平方反比关系衰减的，而辐射场或远场仅与距离成反比关系衰减。由于近场离场源较近，其场强要比远场大得多。随着离天线距离的增加，电场强度和磁场强度迅速减少。所以，近场的空间不均匀度较大，是一个复杂的非均匀场。场中包括储存的能量和辐射的能量，有驻波也有行波，等相位面很不规则，电磁波极化不易确定，场强变化梯度大等。无论场源是电场源还是磁场源，当离场源距离大于λ/2π以后就变成了远场，这里λ为波长。这时电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直成为平面电磁波。电场和磁场的比值为固定值，即波阻抗为120π，等于377欧姆。由于远场距离场源远，场强一般较弱。由于电场和磁场随场源的距离成反比衰减，所以比近场的衰减慢的多，因此空间变化梯度小，比较均匀。总之，近场的电场和磁场之间存在π/2的相位差，由它们构成的平均坡印亭矢量为零，大部分能量在电场和磁场之间，以及场和源之间交换而不辐射，很小一部分能量向外辐射，并在λ/2π距离以

《神奇的电磁波》习题

《1.神奇的电磁波》习题一、选择题 1.在波段上，电视信号属于（）。 A.短波 B．长波 C.中短波 D.微波 2.一种微波波长6m，该波频率是（）。 A.1.8×109Hz B.5×l07Hz C.2×10-8 Hz D.5×l08Hz 3.下列关于信息传递的说法中，正确的是（）。 A.声、光和电磁波中，只有电磁波能够传递信息 B．固定电话、移动电话、广播和电视都是利用导线中的电流传递信息 C．摄像机拍得的物体图像，直接通过发射天线发射传播信息 D．微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息 4.以下说法电正确的是（）。 A.广播播音员用话筒把声音信号转换成电信号后通过天线直接发射到空中 B.无线电广播信号和电视信号的发射均必须借助高频电磁波（载波） C.由天线接收的信号可以直接传输到显像管和扬声器中转换成图像和声音输出 D.移动电话与固定电话的工作原理不一样，因为移动电话中声音信息不是由导线中的电流来传递，而是由空间的电磁波来传递 5. 以下说法中错误的是（）。 A.微波的波长一般在1mm～10m之间，频率在30～3×105MHz之间、一条微波线路可以同时开通几千万路电话 B.太阳光可以直接用于光纤通信 C.目前光纤通信已经成为我国长途通信的骨于力量 D.目前使用最频繁的网络通信形式是电子邮件，世界上最大的计算机网络叫做因特网二、填空题 6.电磁波的___________________________________________之间的距离叫做电磁波的波长，单位是__________。电磁波_____________叫做电磁波的频率，单位是_________，常用的还有_______和_________。 7.所有的波，包括电磁波，波速与波长和频率都存在以下的关系：波速＝_________

11.5 电磁波传播特性

实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v 。二、实验仪器（1）三厘米固态信号发生器1台；（2）电磁波综合测试仪1套；（3）反射板（金属板）2块；（4）半透射板（玻璃板）1块。三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。电磁波参量测试原理如图1所示，P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由P T 发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A 板方向传播，另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。

移动反射板B ，当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ，T 0为由空气进入介质板的折射系数，T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中，ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离，而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?，因此，当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加，接收指示为最大。当2ΔL 时满足图1 电磁波参量测试原理图

【科普】电磁波的基础知识

科普】电磁波的基础知识，radar ）是指“发射电雷达（radio diction and ranging 磁波信号并接收在其作用范围内的被观测物体（目标）的回波的装置”。电磁波能量从雷达硬件输出到天线，再从天线辐

射出去，而后从一个或多个物体返回的回波通过先前辐射能量的天线接收，最后传输回雷达的硬件设备。在雷达术语中最为关键的一词为——电磁波。那么，电磁波是什么呢？早在1865 年James Clerk Maxwell 提出了电磁基本方程（麦克斯韦方程）预测了电磁波的存在，并指出电磁波是由波动的电场和磁场构成，传播速度可通过自由空间的基本电磁属性来计算。我们常见的可见光就是电磁波的一种，其波长范围为380-780nm 。通常情况下温度高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射，温度越高辐射量越大，但大多不能被肉眼观察到。后来，Hertiz 证明了不可见的电磁波的存在，我们称之为无线电波。现在，我们知道了电磁波有一个连续的波谱，包括通常“雷达”术语是指利用无线电波的系统。电磁场包含电场与磁场两个方面，分别用电场强度E 或电位移D 及磁通密度无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、Y射线。 B （或磁场强度H）表示其特性；E和H在空间上都是正弦变化的。在相位上，电场和磁场相互垂直，并且都垂直于传播方向。每秒通过某特定位置的波峰的个数成为频率（f），可用每秒的周期数来量度（赫兹Hz）。在雷达系统中，频率通常指载波的频率。两个相邻波峰之间的距离成为波长波长与频率的关系：入=c/f=2 n /入=2n f/c。瞬时的能量通量密度（w/m2 ）为|S|=E X H,S为波印亭矢量。我们常说的真空中的光速，也就是电磁波的真空速度c=299792458m/s ，利用光速人们定义了米这个长度单位。光速的近似值为 3T0A8m/s，除少数特殊情况外，工程上一般使用近似值。电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动

矩形波导中电磁波的传播模式

矩形波导中电磁波的传播模式 [摘要] 人类进入21世纪的信息时代，电子与信息科学技术在飞速发展，要求人们制造各种高科技的仪器。在电磁学领域，能约束或引导电磁波能量定向传输的传输线或装置是导波系统。．矩形波导适用于频率较高的频段，但当频率足够高的时候，可以使多个波导模式同时工作，所以我们有必要对波导中的电磁波传播模式参数进行研究关键词：矩形波导 TM 波 TE 波矩形波导由良导体制作而成，一般为了提高导电性能和抗腐蚀性能，在波导内壁镀上一层高电导率的金或银，它是最常见的波导，许多波导元件都是由矩形波导构成的。为了简化分析，在讨论中我们将波导的良导电体壁近似为理想导电壁。由前面的讨论我们知道，矩形波导中不能传输TEM 波，只能传输TE 波和TM 波。设矩形波导宽为a,高为b,（a>b ）沿Z 轴放置，如图（1）所示。下面分别求解矩形波导中传输的TE 波和TM 波。 1TM 波对于TM 波，z z E H ,0=可以表示为; z jk z z e y x E z y x E -=),(),,(0 (1) 式中),(0y x E 满足齐次亥姆霍兹方程，故有 0),(),(02 02 =+?y x E k y x E c (2) 采用分离变量法解此方程，在直角坐标系中，令 ) ()(),(0y Y x X y x E = (3)

0)()(2 ''=+x X k x X x 将（3）式代入（2）式中，并在等式两边同除以)()(y Y x X 得： 0) ()()()(2 ''''=++c k y Y y Y x X x X (4) 上式中第一项仅是X 的函数，第二项仅是Y 的函数，第三项是与X 、Y 无关的常数，要使上式对任何X 、Y 都成立，第一和第二项也应分别是常数，记为： 2 ''2 '') ()()()(y x k y Y y Y k x X x X -=-= 这样就得到两个常微分议程和3个常数所满足的方程： (5) 0)()(2 ''=+y Y k y Y y (6) 222y x c k k k += (7) 常微分方程（5）和（6）的通解为 )sin()cos()(21x k C x k C x Y x x += (8) )sin()cos()(43y k C y k C y Y y y += (9) 将（8）式和（9）式代入（3）式，再代入（1）式，就得到z E 的通解为 [][] z jk y y x x z z e y k C y k C x k C x k C z y x E -++=)sin()cos()sin()cos(),,(4321 由矩形波导理想导电壁的边界条件0=E ，确定上式中的几个常数，在4个理想导电壁上，z E 是切向分量，因此有：（1）在0=X 的波导壁上，由0),,0(==z y x E z 得01=C ；（2）在0=Y 的波导壁上，由0),0,(==z y x E z 得03=C ；（3）在a X =的波导壁上，要使0),,(==z y a x E z 有0)sin(=a k x ，从而必须有 πm a k x =，其中 3,2.,1=m 为整数，由此得 a m k x π = （10）（4）在b X =的波导壁上，要使0),,(==z b y x E z 有，0)sin(=b k y 从而必定有πn b k y =，其中 3,2.,1=n 也为整数，由此得

1.神奇的电磁波

本章主要讲述了电磁波及电磁波的应用，了解了卫星通信、光缆通信、移动通信，对通讯发展进行回顾，使同学们对现代通信的快捷和方便有一个感性的认识，知道信息技术与现代社会发展息息相关．通过介绍现代通信的方式，提升学生学习物理的兴趣．本章共分3节： 1.“神奇的电磁波”，通过对电磁波产生的认识、电磁波的描述、电磁波谱的介绍，知道我们周围存在着各种频率的电磁波，各种电磁波在同种介质中传播速度相同，让学生理解电磁波频率、波长和波速的关系． 2.“电磁波的应用”，我们的生活中已经离不开广播和电视了，学生在生活中已有些了解.通过学习，让学生知道电磁波可以携带信息，可以帮助人们获得信息；知道电磁波能量特性的应用. 3.“改变世界的信息技术”，教材通过大量图形的形式讲述了卫星通信、光缆通信、移动通信的大致工作过程，让我们的物理知识更贴近生活．【教学目标】 1.在知识与技能方面：①知道电磁波的产生；②知道波长、频率和波速之间的关系；③认识电磁波谱，知道电磁波的传播以及在真空中的传播速度；④知道电磁波可以携带信息，可以帮助人们获得信息；知道电磁波能量特性的应用；⑤了解无线电广播、电视和移动电话的大致工作流程；⑥常识性了解电磁波污染；及怎样减少电磁波污染；⑦常识性了解卫星通信、光纤通信、移动通信；了解通信的发展过程和各种通信的优缺点． 2.在过程与方法方面：通过实验、老师讲解，认识电磁波的产生，提高学生观察、分析和概括的能力；通过动手实验证明电磁波能在真空中传播；通过视频和老师讲解，学生讨论和活动，展示电磁波的应用，激发学生的学习兴趣；通过了解无线电广播、电视和移动电话的工作过程，初步认识科技对现代生活的影响；

(完整word版)电磁波知识点总结

高中物理选修3-4——电磁波知识点总结一、电磁波的发现 1、电磁场理论的核心之一：变化的磁场产生电场在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)◎理解:(1)均匀变化的磁场产生稳定电场 (2)非均匀变化的磁场产生变化电场 2、电磁场理论的核心之二：变化的电场产生磁场麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场 ◎理解:(1)均匀变化的电场产生稳定磁场 (2)非均匀变化的电场产生变化磁场 3、麦克斯韦电磁场理论的理解: 恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场 4、电磁场：如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场;这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场,变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场 5、电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波. 6、电磁波的特点： (1)电磁波是横波,电场强度E和磁感应强度B按正弦规律变化,二者相互垂直,均与波的传播方向垂直 (2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速相同.v=λf (3)电磁波具有波的特性 7、赫兹的电火花：赫兹观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.，他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。二、电磁振荡 1.LC回路振荡电流的产生：先给电容器充电，把能以电场能的形式储存在电容器中。（1）闭合电路，电容器C通过电感线圈L开始放电。由于线圈中产生的自感电动势的阻碍作用。放电开始瞬时电路中电流为零，磁场能为零，极板上电荷量最大。随后，电路中电流加大，磁场能加大，电场能减少,直到电容器C两端电压为零。放电结束，电流达到最大、磁场能最多。（2）由于电感线圈L中自感电动势的阻碍作用电流不会立即消失，保持原来电流方向，对电容器反方向充电，磁场能减少，电场能增多。充电流由大到小，充电结束时，电流为零。接着电容器又开始放电，重复（1）、（2）过程，但电流方向与（1）时的电流方向相反。2、有效的向外发射电磁波的条件：（1）要有足够高的振荡频率，因为频率越高，发射电磁波的本领越大。（2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，才有可能有效的将电磁场的能量传播出去。

(完整版)电磁波知识点总结,推荐文档

变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场 5、电磁波：电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波. 6、电磁波的特点： (1) 电磁波是横波,电场强度E 和磁感应强度B按正弦规律变化,二者相互垂直,均与波的传播方向垂直 (2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速相同. v=λf (3) 电磁波具有波的特性 7、赫兹的电火花：赫兹观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.，他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波。二、电磁振荡 1.LC回路振荡电流的产生：先给电容器充电，把能以电场能的形式储存在电容器中。（1）闭合电路，电容器C通过电感线圈L开始放电。由于线圈中产生的自感电动势的阻碍作用。放电开始瞬时电路中电流为零，磁场能为零，极板上电荷量最大。随后，电路中电流加大，磁场能加大，电场能减少,直到电容器C两端电压为零。放电结束，电流达到最大、磁场能最多。（2）由于电感线圈L中自感电动势的阻碍作用电流不会立

高中物理选修3-4电磁波知识点总结

第二章第一节机械波的形成和传播 1.机械波的形成和传播(以绳波为例) (1)绳上的各小段可以看做质点. (2)由于绳中各部分之间都有相互作用的弹力联系着，先运动的质点带动后一个质点的运动，依次传递，使振动状态在绳上传播. 2.介质能够传播振动的物质. 3.机械波 (1)定义：机械振动在介质中的传播. (2)产生的条件①要有引起初始振动的装置，即波源. ②要有传播振动的_介质_. (3)机械波的特点 ①前面质点带动后面质点的振动，后面质点重复前面质点的振动，并且离波源越远，质点的振动越_滞后_. ②各质点振动周期都与波源振动_相同_. ③介质中每个质点的起振方向都和波源的起振方向相同_. ④波传播的是振动这种形式，而介质的每个质点只在自己的平衡位置附近振动，并不随波迁移. ⑤波在传播“振动”这种运动形式的同时，也在传递能量，而且可以传递信息__. 1.波的分类按介质中质点的振动方向和波的传播方向的关系不同，常将波分为横波和纵波 . 2.横波 (1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向垂直的波. (2)标识性物理量 ①波峰：凸起来的最高处. (质点振动位移正向最大处) ②波谷：凹下去的最低处. (质点振动位移负向最大处) 3.纵波 (1)定义：介质中质点的振动方向和波的传播方向平行的波. (2)标识性物理量①密部：介质中质点分布密集的部分. ②疏部：介质中质点分布稀疏的部分. 4.简谐波如果传播的振动是简谐运动，这种波叫做简谐波. 波动过程中介质中各质点的运动规律（1）质点的“守位性”：机械波向外传播的只是振动的形式和能量，质点只在各自的平衡位置附近震动，并不随波迁移。（2）“相同性”：介质中各质点均做受迫振动，各质点振动的周期和频率与波源振动的周期和频率相同，而且各质点开始振动的方向也相同，即各质点的起振方向相同。（3）“滞后性”：离波源近的质点带动离波源远的质点依次振动，即离波源近的质点振动开始越早，离波源越远的质点振动开始越晚。波动过程中介质中各质点的振动周期都与波源的振动周期相同，其运动特点可用三句话来描述： (1)先振动的质点带动后振动的质点； (2)后振动的质点重复前面质点的振动；(3)后振动的质点的振动状态落后于先振动的质点. 概括起来就是“带动、重复、落后”. 已知波的传播方向，可以判断各质点的振动方向，反之亦然. 判断方法一：带动法由波的形成原理可知，后振动的质点总是重复先振动质点的运动，若已知波的传播方向而判断质点振动方向时，可在波源一侧找与该质点距离较近的前一质点，如果前一质点在该质点下方，则该质点将向下运动(力求重复前面质点的运动)，否则该质点向上运动. 判断方法二：上下坡法如图5所示，沿波的传播方向，“上坡”的质点向下振动，如A、D、E；“下坡”的质点向上振动，如B、C、F、G、H. 判断方法三：同侧法如图6所示，波形图上表示传播方向和振动方向的箭头在图像同侧. 第二节波速与波长、频率的关系 1.波长

无线电波的传播特性

无线电波的传播特性传播特性（一）移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.

电磁场与电磁波课程知识点汇总和公式

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电磁场与电磁波课程知识点总结与主要公式 1 麦克斯韦方程组的理解和掌握（1）麦克斯韦方程组 ??????=?=??=?=?????-=???- =?????+=???+ =??s s l s l s s d B B Q s d D D s d t B l d E t B E s d t D J l d H t D J H 0 )( ρ 本构关系： E J H B E D σμε=== （2）静态场时的麦克斯韦方程组（场与时间t 无关） ????=?=??=?=??=?=??=?=??s s l l s d B B Q s d D D l d E E I l d H J H 0 000 ρ 2 边界条件（1）一般情况的边界条件 n n n sT t t s n s n n s n t t n B B B B a J H H J H H a D D D D a E E E E a 21212121212121210 )())(0 )==-?=-=-?=-=-?==-? （（ρρ （2）介质界面边界条件（ρs = 0 J s = 0） n n n t t n n n n t t n B B B B a H H H H a D D D D a E E E E a 21212121212121210 )(0 )0 )(0 )==-?==-?==-?==-? （（

（1）基本方程 00 2 2 =?==?- =?=?=??=?=??? ??A A p s l l d E Q s d D D l d E E ???ε ρ ?ρ 本构关系： E D ε= （2）解题思路 ● 对称问题（球对称、轴对称、面对称）使用高斯定理或解电位方程（注意边界条件的使用）。 ● 假设电荷Q ——> 计算电场强度E ——> 计算电位φ ——> 计算能量ωe =εE 2/2或者电容（C=Q/φ）。（3）典型问题 ● 导体球（包括实心球、空心球、多层介质）的电场、电位计算； ● 长直导体柱的电场、电位计算； ● 平行导体板（包括双导体板、单导体板）的电场、电位计算； ● 电荷导线环的电场、电位计算； ● 电容和能量的计算。例： a b ρ r ε ρs r S a b ε q l 球对称轴对称面对称

电动力学复习总结第四章电磁波的传播答案

第四章电磁波的传播一、填空题 1、色散现象是指介质的( )是频率的函数. 答案：,εμ 2、平面电磁波能流密度s 和能量密度w 的关系为( )。答案：S wv = 3、平面电磁波在导体中传播时,其振幅为( )。答案：0x E e α-? 4、电磁波只所以能够在空间传播,依靠的是( )。答案：变化的电场和磁场相互激发 5、满足条件( )导体可看作良导体，此时其内部体电荷密度等于( ) 答案：1>>ωε σ, 0, 6、波导管尺寸为0.7cm ×0.4cm ，频率为30×109HZ 的微波在该波导中能以 ( )波模传播。答案： 10TE 波 7、线性介质中平面电磁波的电磁场的能量密度（用电场E 表示）为 ( )，它对时间的平均值为( )。答案：2E ε, 202 1E ε 8、平面电磁波的磁场与电场振幅关系为( )。它们的相位( )。答案：E vB =,相等 9、在研究导体中的电磁波传播时，引入复介电常数='ε( )，其中虚部是( )的贡献。导体中平面电磁波的解析表达式为( )。答案： ω σεεi +='，传导电流，)(0),(t x i x e e E t x E ωβα-??-= , 10、矩形波导中，能够传播的电磁波的截止频率=n m c ,,ω( )，当电磁波的频率ω满足( )时，该波不能在其中传播。若b ＞a ，则最低截止频率为( )，该波的模式为( )。答案： 22,,)()(b n a m n m c +=μεπ ω，ω＜n m c ,,ω，με πb ，01TE

11、全反射现象发生时,折射波沿( )方向传播.答案：平行于界面 12、自然光从介质1(11με，)入射至介质2(22με，),当入射角等于( ) 时,反射波是完全偏振波.答案：201 n i arctg n = 13、迅变电磁场中导体中的体电荷密度的变化规律是( ). 答案：0t e σ ερρ-= 二、选择题 1、电磁波波动方程222 22222110,0E B E B c t c t ???-=?-=??,只有在下列那种情况下成立（） A ．均匀介质 B.真空中 C.导体内 D. 等离子体中答案： A 2、电磁波在金属中的穿透深度（） A ．电磁波频率越高,穿透深度越深 B.导体导电性能越好, 穿透深度越深 C. 电磁波频率越高,穿透深度越浅 D. 穿透深度与频率无关答案： C 3、能够在理想波导中传播的电磁波具有下列特征（） A ．有一个由波导尺寸决定的最低频率,且频率具有不连续性 B. 频率是连续的 C. 最终会衰减为零 D. 低于截至频率的波才能通过. 答案：A 4、绝缘介质中，平面电磁波电场与磁场的位相差为（） A ．4π B.π C.0 D. 2 π 答案：C 5、下列那种波不能在矩形波导中存在（） A ． 10TE B. 11TM C. mn TEM D. 01TE 答案：C 6、平面电磁波E 、B 、k 三个矢量的方向关系是（） A ． B E ?沿矢量k 方向 B. E B ?沿矢量k 方向 C.B E ?的方向垂直于k D. k E ?的方向沿矢量B 的方向答案：A 7、矩形波导管尺寸为b a ? ,若b a >,则最低截止频率为（）

电磁场与电磁波课程知识点总结和公式

电磁波的在规则波导中的传播

讨论电磁波的在规则波导中的传播特性，就是确定在给定的边界条件下，满足麦克斯韦方程组的解，这个解的不同形式就表示不同的波型，这个解随时空的变化规律，便是电磁波在波导中传播规律。本节讨论在任意截面波导中的波动方程的求解方法以及电磁波在波导中传播的一般特性。一、麦克斯韦方程组及边界条件 1.一般边界条件 2.理想导体表面的边界条件二、规则波导中电磁场的求解方法 1.直接求解法在给定边界条件下求解上述波动方程，便可得波导中电磁场的解。

2.赫兹矢量位法 (1)赫兹电矢量位引入赫兹电矢量位 (2)赫兹磁矢量位引入赫兹磁矢量位 3.纵向分量法先求解满足标量波动方程的z方向分量(纵向分量)；然后，由各分量间的关系求出其他分量(横向分量) 三、导行波波型的分类波型也称模式，它指的是能够单独在波导传输线中存在的电磁场结构的型式。 1.横电磁波:即没有纵向电场又没有纵向磁场分量，即和的波，并以TEM 表示。TEM波只能存在于多导体传输线中，而不能存在于空心波导中。 2.横电波:凡是磁场矢量既有横向分量又有纵向分量，而电场矢量只有横向分量，即的波称为磁波或横电波，通常表示为H波或TE波。 3.横磁波:凡其电场矢量除有横向分量外还有纵向分量，而磁场矢量只有横向分量，即的波称为电波或横磁波，通常表示为E波或TM波。

§2.2 导行波的传输特性各种不同横截面的波导系统传输导行波时，尽管横向场分布彼此各异，但它们有着共同的纵向传输特性。导行波的传输特性包括六个方面：截止波长、波导波长、相速群速和色散、波阻抗、传输功率以及导行波的衰减一、截止波长在即的情况下，称为传输状态。在即的情况下，这是传输系统的截止状态。就是介于传输状态和截止状态之间的临界状态。临界频率或截止频率：临界波长或截止波长：截止波数：二、波导波长波导中的波长称为波导波长，并记为为真空中的波长。对于TEM波，三、相速、群速和色散 1、相速度——波导中传输的波的等相位面沿轴向移动的速度。 TE、TM波的相速度公式为对于TEM波, 则

高中物理电磁波的基本知识新课标人教版选修2-1

电磁波的基本知识自1888年赫兹用实验证明了电磁波的存在，迄今，人们已经陆续发现，不仅光波是电磁波，还有红外线、紫外线、X 射线、射线等也都是电磁波，科学研究证明电磁波是一个大家族。所有这些电磁波仅在波长（或频率）上有所差别，而在本质上完全相同，且波长不同的电磁波在真空中的传播速度都是。因为波的频率和波长满足关系式，所以频率不同的电磁波在真空中具有不同的波长。自从电磁波发现以来，电磁波的应用得到了飞速的发展。1895年俄国科学家波波夫发明了第一个无线电报系统。1914年语音通信成为可能。1920年商业无线电广播开始使用，20世纪30年代发明了雷达，40年代雷达和通信得到飞速发展，自50年代第一颗人造卫星上天，卫星通讯事业得到迅猛发展。如今电磁波已在通讯、遥感、空间控测、军事应用、科学研究等诸多方面得到广泛的应用。电磁波的频率愈高，相应的波长就越短。无线电波的波长最长（频率最低），而射线的波长最短（频率最高）。目前人类通过各种方式已产生或观测到的电磁波的最低频率为，其波长为地球半径的倍，而电磁波的最高频率为，它来自于宇宙的射线。将电磁波按频率或波长的顺序排列起来就构成电磁波谱，不同频率的电磁波段有不同的用途。下面指出了各种波长范围(波段)的电磁波名称。在电磁波谱中，波长最长的是无线电波。一般将频率低于的电磁波统称为无线电波。无线电波通常是由电磁振荡电路通过天线发射出去的。无线电波按波长的不同又被分为长波、中波、短波、超短波、微波等波段。其中，长波的波长在3km以上，微波的波长小到0.1mm 。不同波长（频率）的电磁波有不同的用途。广播电台使用的频率在中波波段；电视台使用的频率在超短波段；用来测定物体位置的雷达、无线电导航等使用的频率在微波段。就其传播特性而言，长波、中波由于波长很长，衍射现象显著，所以从电台发射出去的电磁波能够绕过高山、房屋而传播到千家万户；短波的波长较短，衍射现象减弱，主要靠地球外的电离层与地面间的反射，故能传得很远。超短波、微波由于波长小而几乎只能按直线在空间传播，但因地球表面是球形的，故需设中继站，以改变其传播方向，使之克服地球形状将电信号传到远处。电视，远距离通讯、雷达都采用微波。当前，多用同步通讯卫星作为微波中继站。一般只需有三颗同步通讯卫星，就可将无线电信号传送到地球上大部分地区。 γ射线是一种比X射线波长更短的电磁波，它的波长在0.3nm以下，频率在以上，。它来自宇宙射线或是由某些放射性元素在衰变过程中放射出来的。γ射线的能量极高，穿透能力比X射线更强，也可用于金属探伤等。通过对γ射线的研究，还可帮助了解原子核的结构。此外，原子武器爆炸时，有大量γ射线放出，它是原子武器主要杀伤因素之一。γ射线也是人类研究天体，认识宇宙的强有力的武器。 X射线又称伦琴射线（俗称X光），是波长比紫外线更短的电磁波，其波长范围在

电磁波的性质有多种

电磁波的性质有多种，对这些不同的性质衡量有不同的单位比如，频率的单位是HZ，对人体影响比较大的300MHZ-30GHZ 电场强度的单位是V/m，人体的安全值是4000V/m 磁场强度的高斯，人体的安全值国家规定是833.3毫高斯相关知识如下 1．电磁波在真空中传播的速度是一定的，每秒传播30万公里即3×108米2．电场和磁场交互变化一次所占时间为该电磁波的周期，在一个周期内传播的距离便是它的波长，它以米为单位。3．一秒钟内交互变化的次数，便是该电磁波的频率，频率的单位为赫兹（Hz）。4．电磁波的波长与频率为倒数比例关系，它们的比例常数是电磁波的传播速度。可写成波长（米）=3×10 8米/频率（赫兹）=300/频率（兆赫）。5．电磁波传播时具有方向性，当遇到物体阻挡时，将产生反射，绕射和折射，并有一部分能量被物体吸收而转变为热量等形式。最后还有一部分辐射穿透阻挡物。6．电磁辐射的能量大小，称为辐射强度。通常以功率密度表示，单位为：瓦（毫瓦）/每平方厘米。也有时以电场强度表示，单位为：伏/米和磁场强度安/米为单位表示。实际测量中，也有以磁感应强度：高斯（Gs）表示。7．电磁辐射能量通常以辐射源为中心，以传播距离为半径的球面形分布。所以辐射强度与距离平方值成反比。不同性质材料对射频电磁波的作用不同。导电性强的材料，作用以反射为主。导磁性强的材料，作用以吸收为主，绝缘体则为穿透性好。了解它的特性，对我们研究和掌握它，利用和防护电磁辐射将有帮助。音箱：20MG 电冰箱：20MG 电视机：20MG 空调：20MG 洗衣机：30MG VCD：30MG 复印机：40MG 电脑：150MG 吸尘器：200MG 微波炉：200MG 手机：200MG 电磁波一般的单位有mG(毫高斯)跟uT(微特斯拉，那个u其实应该念miu的音)，而1uT=10mG。mG是美国习惯使用的单位，而T esla则是科学单位一般电器的电磁波强度一般的电视冰箱冷气等电磁波强度约为20-40mG不等，吹风机约为70mG，吸尘器电胡刀电毯微波卢等约为200mG左右，电磁炉10公分内约为800mG，而GSM手机接通的第一秒则高达2000mG，之后会降到低于100mG。根据一些文章叙述，人体只要长期接受2-10mG的电磁波强度照射.