第一章光的电磁理论1.1在真空中传播的平面电磁波,其电场表示为Ex=0,Ey=0,Ez=(102)??os[??×1014(??-????)+??2],(各量均用国际单位),求电磁波的频率、波长、周期和初相位。解:由Ex=0,Ey=0,Ez=(102)??os[??×1014(??-????)+??2],则频率υ=??2??=??×10142??=0.5×1014Hz,周期T=1/υ=2×10-14s,初相位φ0=+π/2(z=0,t=0),振幅A=100V/m,波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0,Ey=2Cos[2??×1014(????-t)+??2],Ez=0,求:(1)该电磁波的振幅,频率,波长和原点的初相位是多少?(2)波的传播和电矢量的振动取哪个方向?(3)与电场相联系的磁场B的表达式如何写?解:(1)振幅A=2V/m,频率υ=??2??=2??×10142??=1014Hz,波长λ=??υ=3×1081014=3×10-6??,原点的初相位φ0=+π/2;(2)传播沿z轴,振动方向沿y轴;(3)由B=1??(????????×???),可得By=Bz=0,Bx=2????os[2??×1014(????-t)+??2]1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0,Ez=0,Ex=102??os[??×1015(??0.65c-t)],试求:(1)光的频率;(2)波长;(3)玻璃的折射率。解:(1)υ=??2??=??×10152??=5×1014Hz;(2)λ=2????=2????×1015/0.65c=2×0.65×3×1081015m=3.9×10-7??=390nm;(3)相速度v=0.65c,所以折射率n=????=??0.65c≈1.541.4写出:(1)在yoz平面内沿与y轴成θ角的???方向传播的平面波的复振幅;(2)发散球面波和汇聚球面波的复振幅。解:(1)由???=??exp(i??????),可得???=??exp?[ik(??cosθ+zsinθ)];(2)同理:发散球面波???(??,t)=????exp?(ikr)=??1??exp?(ikr),汇聚球面波???(??,t)=????exp?(-ikr)=??1??exp?(-ikr)。1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为4×1014Hz,电场振幅为14.14V/m,如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o,试写出E,B表达式。解:???=????????????+???????????,其中????=10exp[??(2??????-2πυt)]=10exp[??(2????????-2πυt)]=10exp[??(2??×4×10143×108??-2π×4×1014??)]=10exp[??(83×106??)(??-3×108??)],同理:????=10exp[??(83×106??)(??-3×108??)]。???=1??(??0????×???)=-????????????+???????????,其中????=103×108exp[??(83×106??)(??-3×108??)]=????。1.6一个沿k方向传播的平面波表示为E=100exp{??[(2??+3y+4z)-16×105??]},试求k方向的单位矢????。解:|???|=√22+32+42=√29,又???=2???????+3????????+4???????,∴??0????=1√29(2???????+3????????+4???????)。1.9证明当入射角??1=45o时,光波在任何两种介质分界面上的反射都有????=????2。证明:????=sin(??1-??2)sin(??1+??2)=sin45ocos??2-cos45osin??2sin45ocos??2+cos45osin??2=cos??2-sin??2cos??2+sin??2=1-tan??21+tan??2????=tan(??1-??2)tan(??1+??2)=(tan45o-tan??2)/(1+tan45otan??2)(tan45o+tan??2)/(1-tan45otan??2)=(1-tan??21+tan??2)2=????21.10证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时,下表面的入射角也是布儒斯特角。证明:由布儒斯特角定义,θ+i=90o,设空气和玻璃的折射率分别为??1和??2,先由空气入射到玻璃中则有??1sin??=??2sin??,再由玻璃出射到空气中,有??2sin??′=??1sin??′,又??′=??,∴??1sin??′=??1sin?????′=??,即得证。1.11平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃(??=1.5)上,求:(1)能流反射率????和????;(2)能流透射率????和????。解:由题意,得??=??2??1=1.5,又??为布儒斯特角,则??+??=90°.....①??1????????=??2??????????????????=??????????.....②由①、②得,??=56.31°,??=33.69°。(1)????=??????2(??-?)??????2(??+?)=0,????=?????2(??-?)?????2(??+?)=0.148=14.8%,(2)由????+????=1,可得????=1,同理,????=85.2%。1.12证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时,????=1???,其中??=??2∕??1。证明:????=2sin??2cos??1sin(??1+??2)cos(??1-??2),因为??1为布儒斯特角,所以??2+??1=90°,????=2sin??2cos??1sin90°cos(??1-??2)=2sin??2cos??1cos(90°-??2-??2)=2sin??2cos??1sin(2??2)=2sin??2cos??...