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《電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射畢業(yè)論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射學(xué)院：物理與電子工程學(xué)院專業(yè)班級：物理08-8班學(xué)生姓名：帕肉克·帕爾哈提指導(dǎo)教師：艾合買提·阿不力孜教授答辯日期：2013年5月11日新疆師范大學(xué)教務(wù)處1新疆師范大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）目錄1引言12電磁場的基本規(guī)律12.1電磁場的邊值關(guān)系12.2反射，折射定律的導(dǎo)出過程23推導(dǎo)振幅關(guān)系和菲涅耳公式33.1電場強度垂直入射面33.2電場強度平行入射面43.3位相關(guān)系分析63.4偏振問題63.5正入射（）的菲涅爾公式74全反射74.1全
2、反射現(xiàn)象74.2全反射情況下振幅和位相關(guān)系85結(jié)論86參考文獻97致謝100新疆師范大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射摘 要：利用電磁波在媒質(zhì)界面的反射、折射方程，對平面電磁波在兩種典型媒質(zhì)———理想介質(zhì)和理想導(dǎo)體表面的入射波、反射波以及折射波進行了模擬，利用模擬結(jié)果得出理想介質(zhì)和理想導(dǎo)體的反射、折射特性。一般情況下導(dǎo)電介質(zhì)和絕緣介質(zhì)具有本質(zhì)不同的特征，可以根據(jù)介質(zhì)參數(shù)和電磁波頻率的不同把介質(zhì)近似為理想介質(zhì)或理想導(dǎo)體。關(guān)鍵詞:電磁波；反射；折射；介質(zhì)。0新疆師范大學(xué)2013屆本科畢
3、業(yè)論文（設(shè)計）1引言在中學(xué)和大學(xué)階段，我們都學(xué)習(xí)了折射和反射的規(guī)律以及菲涅耳公式，那么這些規(guī)律是如何推導(dǎo)出來的呢？學(xué)習(xí)電動力學(xué)以后，我們知道了這些規(guī)律是由單色平面電磁波的波動方程及其邊值關(guān)系推導(dǎo)出來的。關(guān)于單色平面電磁波的反射和折射的規(guī)律包括兩個方面：一、運動學(xué)規(guī)律：入射角、反射角和折射角的關(guān)系；二、動力學(xué)規(guī)律：入射波、反射波和折射波的振幅比和相對相位。任何波動在介質(zhì)界面上的反射與折射現(xiàn)象都屬于邊值問題，電磁波亦如此，它在界面上的行為取決于電磁場量和的邊值關(guān)系。電磁波入射到介質(zhì)界面時的反射和折射行為，與光的反射
4、與折射現(xiàn)象完全一致。光學(xué)中的反射定律、折射定律完全適用于電磁波。關(guān)于反射和折射定律包括了兩方面的內(nèi)容：①入射角、反射角、折射角的關(guān)系；②入射波、反射波和折射波的振幅、相位的關(guān)系。2電磁場的基本規(guī)律2.1電磁場的邊值關(guān)系一般情況下，電磁場的邊值關(guān)系為：式(2-1)式中、、、分別為弱導(dǎo)電介質(zhì)內(nèi)的電場強度、磁場強度、電位移矢量和磁感應(yīng)強度。和是面自由電荷和電流的密度。在介質(zhì)的分界面上，通常沒有自由電荷和傳導(dǎo)電流，即式(2-2)因此，麥克斯韋方程組在介質(zhì)的分界面上可以表示為：式(2-3)方程組（2-3）是我們研究單色平
5、面電磁波的反射和折射規(guī)律的理論依據(jù)。10新疆師范大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）在一定頻率的情況下，這組邊界方程（邊值關(guān)系）不是完全獨立的。因此，在討論定態(tài)（一定頻率）電磁波時，介質(zhì)界面上的邊值關(guān)系只取下列兩式：式(2-4)也就是說，即切向連續(xù)性。2.2反射，折射定律的導(dǎo)出過程1）僅討論單色平面電磁波入射問題反射、折射電磁波也為平面電磁波，設(shè)為介質(zhì)①，為介質(zhì)②，平面電磁波由，介質(zhì)分界面設(shè)為無限大平面，法線為。2）設(shè)入射、反射和折射電磁波的電場強度分別為、和，波矢分別為、和，它們與軸夾角分別為、和，則有：入射波
6、反射波式(2-5)折射波下面我們只討論時刻的情況。3）波矢量分量間的關(guān)系：，并且、和在同一個平面內(nèi)（、和一般不相同）介質(zhì)2介質(zhì)1ZXXXX圖1證明：由，且，，如圖1所示。所以，即。在界面上，任意，10新疆師范大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）兩邊除以，得兩邊對x求偏導(dǎo)得則有因為任意，要使上式成立，只有，。同理，可以證明。設(shè)入射波在平面，因為，必有，反射、折射波矢也在平面。4）波矢與軸夾角之間的關(guān)系對于有；，，設(shè)、為平面電磁波在兩種介質(zhì)中的相速，且，。因為（反射定律）所以（折射定律）相對折射率為、的函數(shù)（?。?。3
7、推導(dǎo)振幅關(guān)系和菲涅耳公式所謂菲涅耳公式就是在邊值關(guān)系條件下求得的入射波、反射波和折射波的振幅關(guān)系。由于對每一個波矢有兩個獨立的偏振波，所以我們只需要分別討論電場⊥入射面和電場∥入射面兩種情況就可以了。3.1電場強度垂直入射面這時電場只有y分量，并⊥入射面（紙面）指向外面，以⊙10新疆師范大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）表示。因為介質(zhì)1中有入射波和反射波，介質(zhì)2中只有折射波，因此根據(jù)邊界條件（邊值關(guān)系）：即式(3-1)θZX圖2考慮到式(3-2)聯(lián)立(3-1)(3-2)兩式得對于光波，即有10新疆師范大學(xué)201
8、3屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）3.2電場強度平行入射面這時磁場只有y分量，并⊥入射面（紙面）指向外面，以⊙表示。由邊界條件，即在z=0的界面上有：即:式(3-3)θZX，圖3同理由的關(guān)系,把上式中的磁場換為電場從而得到式(3-4)有方程組（3-4）可得：對于光波，則有10新疆師范大學(xué)2013屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）綜上所述，我們得到的振幅關(guān)系就是光學(xué)中的菲涅耳公式。因此，這也有力地證示了光是電
