《物理光学》课程教学资源（PPT课件）麦克斯韦方程组、电磁场的波动性（1-8复习，9光波在金属表面的透射和反射、10光的吸收、色散和散射）

§1-9光波在金属表面的 透射和反射 前八节内容回顾 金属中的透射波: 金属表面的折、反射波:

§1-9光波在金属表面的 透射和反射 ◼ 一、前八节内容回顾 ◼ 二、金属中的透射波： ◼ 三、金属表面的折、反射波：

第一节麦克斯韦方程组 来源于人们对电磁场的基本认 :静电场、静磁场及其表现 在静止电荷周围有静电场,在恒定电流周 围有静磁场。 电场的表现为:处在电场中的带电物质要 受到电场力的作用,这个力的大小和方向与描 述电场的物理量一电场强度E有关。 磁场的表现为:处在磁场中的带电物质 要受到磁场力的作用,这个力的大小和方向与 描述磁场的物理量一磁感应强度B有关

第一节 麦克斯韦方程组 ◼ 来源于人们对电磁场的基本认识： 1：静电场、静磁场及其表现 在静止电荷周围有静电场，在恒定电流周 围有静磁场。 电场的表现为：处在电场中的带电物质要 受到电场力的作用，这个力的大小和方向与描 述电场的物理量—电场强度E有关。 磁场的表现为：处在磁场中的带电物质 要受到磁场力的作用，这个力的大小和方向与 描述磁场的物理量—磁感应强度B有关

第一节麦克斯韦方程组 电场和磁场由带电物质及其运动产生, 并通过对带电物质的作用而表明其存在 2:电磁场是矢量场:E和B都是矢量 3:电荷做加速运动时,所产生的电磁场将随 着时间变化,E和B不仅是位置坐标r的函数, 还是时间t的函数 麦克斯韦把稳恒电磁场(静电场和稳恒 电流的磁场)的基本规律推广到交变电磁 场的普遍情况而得到麦克斯韦方程

第一节 麦克斯韦方程组 电场和磁场由带电物质及其运动产生， 并通过对带电物质的作用而表明其存在。 2：电磁场是矢量场：E和B都是矢量 3：电荷做加速运动时，所产生的电磁场将随 着时间变化， E和B不仅是位置坐标r的函数， 还是时间t的函数。 麦克斯韦把稳恒电磁场（静电场和稳恒 电流的磁场）的基本规律推广到交变电磁 场的普遍情况而得到麦克斯韦方程

第一节麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组指出了函数E、B和电荷分 布及运动的关系,特别指出了E和B变化之间的 关系。 2积分形式的麦克斯韦方程组 aB Dodo=Q E●dl (3) at OD Bodo=0 (2) H●al=I+ 式(1):电荷可以单独存在,电场是有源的。 式(2):磁荷不可以单独存在,磁场是无源的 式(3):变化的磁场产生电场 ■式(4):变化的电场产生磁场

第一节 麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组指出了函数E、B和电荷分 布及运动的关系，特别指出了E和B变化之间的 关系。 2.积分形式的麦克斯韦方程组 ◼ 式（1）：电荷可以单独存在，电场是有源的。 ◼ 式（2）：磁荷不可以单独存在，磁场是无源的。 ◼ 式（3）：变化的磁场产生电场。 ◼ 式（4）：变化的电场产生磁场。 (1)  D • d = Q   • = 0 (2)     B d  (3)     d t B E dl •   • = −    (4)     d t D H dl I •   • = +  

第一节麦克斯韦方程组 ■3微分形式的麦克斯韦方程组 (5)式表明:电位移矢量 起止于存在自由电荷的地方 V·D=p (5) (6)式表明:磁场没有起止点V。B=0 (6) (磁通密度)的变化会引起环行电场+EB (7)式表明:磁感应强度 V at (8)式表明:位移电流和传导VxH=j+ aD (8) at 电流一样都能产生环行磁场

第一节 麦克斯韦方程组 ◼ 3.微分形式的麦克斯韦方程组 ◼ （5）式表明：电位移矢量 起止于存在自由电荷的地方 ◼ （6）式表明：磁场没有起止点； ◼ （7）式表明：磁感应强度 （磁通密度）的变化会引起环行电场； ◼ （8）式表明：位移电流和传导 电流一样都能产生环行磁场。 (7) t B E    = −    • D =  (5)   • B = 0 (6)  (8) t D H j    = +   

第二节电磁场的波动性 ■讨论在无限大的、各向均匀、透明、无源 媒质中的电磁波 “均匀”和“各项同性”意咪着 是与位置无关的标量。 透明意味着σ=0和=0 无源是指P=0

第二节 电磁场的波动性 ◼ 讨论在无限大的、各向均匀、透明、无源 媒质中的电磁波。 ◼ “均匀”和 “各项同性”意味着 是与位置无关的标量。 透明意味着 无源是指 = 0 j = 0   和 , ,  = 0

第二节电磁场的波动性 ■麦克斯韦方程的形式变为: OB V·E=0 V×E (1) V·B=0 V.D OB V·B=0 V×E (3) at V×H=j+ OD OE Ot V×B=E at J=OE o电导率 D= aE 介电常数 B 磁导率

第二节 电磁场的波动性 ◼ 麦克斯韦方程的形式变为：              =     = −   =   = (4) (3) 0 (2) 0 (1) t E B t B E B E                       = +   =   =     = − t D H j B D t B E       0  磁导率 介电常数 电导率       1 H B D E j E       = = =

第二节电磁场的波动性 ■由此可得 22E VE=8 02B V B=Cu at at 与标准波动方程比较 124 V-A ■可知: n=C=(-a)2=(6,A Ell 00

第二节 电磁场的波动性 ◼ 由此可得： ◼ 与标准波动方程比较: ◼ 可知： 2 2 2 t E E    =     2 2 2 t B B    =     2 2 2 2 1 t A V A    =  1 v = 2 1 2 1 0 0 ( ) ( ) r r v c n       = = =

s1-3平面电磁波 ■波动方程的平面波角 0E-10E=0(1)E=(=-)+/(=+m) at 02B102B 0(2)B=f1(=-v)+f2( 上式也可以只取一种形式 E=f(z-vt B=f(z-vt

§1-3 平面电磁波 ◼ 波动方程的平面波解 ◼ 上式也可以只取一种形式 0 (2) 1 0 (1) 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 =   −   =   −   t B z v B t E z v E     ( ) ( ) ' 2 ' 1 B = f z − v t + f z + v t    ( ) ( ) 1 2 E = f z − v t + f z + v t    E = f (z − vt)   B = f (z −vt)  

s1-3平面电磁波 ■若取一余玄函数(周期为2π)作为波动方 程的特解,则有平面简谐波 E=AcoS 2兀(z-1D) 2丌 B=Acos(2-vt 式中是一个常数,A,A是常矢量

§1-3 平面电磁波 ◼ 若取一余玄函数（周期为2）作为波动方 程的特解,则有平面简谐波： 式中 是一个常数，A,A'是常矢量 ( ) 2 'cos ( ) 2 cos                  = −       = − B A z v t E A z v t