4.4. Энергия волны. Перенос энергии волной

При выполнении тестовых заданий студент должен знать: электромагнитная волна; вектор плотности потока энергии электромагнитной волны (вектор Пойнтинга) и упругих волн; единицы измерения объемной плотности энергии и плотности потока энергии; функциональную зависимость объемной плотности энергии.

уметь: анализировать информацию, представленную в виде рисунка; находить направление вектора плотности потока энергии электромагнитной волны в условиях конкретной задачи; определять плотность потока энергии при изменении параметров волны; определять размерность физических величин.

Примеры выполнения тестовых заданий

Задание 1. На рисунке показана ориентация векторов напряженности электрического и магнитного полей. Вектор плотности потока энергии электромагнитного поля ориентирован в направлении … 1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

Выполнение задания. Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны (вектор Пойнтинга) определяется выражением

,

где – напряженность электрического поля;

– напряженность магнитного поля.

Векторы , и образуют правую тройку взаимно перпен-

дикулярных векторов (т.е. направление вектора совпадает с направлением поступательного движения правого буравчика, рукоятка которого вращается от к по наикратчайшему пути). Следовательно, вектор ориентирован в направлении 1.

Ответ: 1) 1

Задание 2. Плотность потока энергии электромагнитной волны при увеличении ее фазовой скорости в 2 раза и уменьшении объемной плотности энергии в 4 раза …

1) уменьшится в 4 раза 2) уменьшится в 2 раза 3) увеличится в 4 раза 4) увеличится в 2 раза

Выполнение задания. Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны (вектор Пойнтинга) равен

,

где w – объемная плотность энергии электромагнитной волны;

– фазовая скорость волны.

Плотность потока энергии электромагнитной волны прямо пропорциональна ее фазовой скорости и объемной плотности энергии. Следовательно, при увеличении фазовой скорости в 2 раза и уменьшении объемной плотности энергии в 4 раза плотность потока энергии электромагнитной волны уменьшится в 2 раза.

Ответ: 2) уменьшится в 2 раза

Задание 3. Единица измерения плотности потока электромагнитной энергии равна …

1)

В·А·с·м2

2)

В·А·м2

3)

В·А·с/м2

4)

В·А/м2

Выполнение задания. Плотность потока энергии электромагнитной волны определяется выражением

.

Объемная плотность энергии электромагнитной волны – это энергия W, заключенная в малом объеме dV электромагнитного поля .

Ее единица измерения в СИ .

С учетом единицы измерения скорости определим единицу плотности потока энергии

.

Ответ: 4) В·А/м²