電磁場和電磁波(上課用)課件

1、電磁場和電磁波(上課用)第三章第三章 電磁振蕩電磁振蕩 電磁波電磁波電磁場和電磁波(上課用)英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家 麥克斯韋是繼法拉第之后，麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家。他集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家。他依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實驗成果，建立了一系列發(fā)現(xiàn)和實驗成果，建立了第一個完整的電磁理論體系，不第一個完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又質(zhì)的統(tǒng)一性，完

2、成了物理學(xué)的又一次大綜合。這一理論自然科學(xué)一次大綜合。這一理論自然科學(xué)的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎(chǔ)。電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎(chǔ)。 電磁場和電磁波(上課用)討論交流討論交流 在通有振蕩電流的線圈在通有振蕩電流的線圈L L中，中，放一個小閉合導(dǎo)線回路放一個小閉合導(dǎo)線回路l l，如圖，如圖所示。所示。l l回路中會出現(xiàn)電流嗎？回路中會出現(xiàn)電流嗎？若出現(xiàn)電流，那么是什么力推動若出現(xiàn)電流，那么是什么力推動電荷做定向運動形成電流的？電荷做定向運動形成電流的？ （1）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？ 麥克斯韋認(rèn)為變化

3、的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應(yīng)電流電場在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應(yīng)電流。 （2）如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？電場嗎？ 有電場、無電流。有電場、無電流。 （3）想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？ 有有 ！電磁場和電磁波(上課用) 麥克斯韋認(rèn)為麥克斯韋認(rèn)為線圈線圈只只不過用來不過用來顯示電場的存在顯示電場的存在，線圈不存在時，線圈不存在時，變化的磁變化的磁場

4、同樣在周圍空間產(chǎn)生電場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場場，即這是一種普遍存在，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，跟閉合電路是否跟閉合電路是否存在無關(guān)存在無關(guān)。偉大的預(yù)言偉大的預(yù)言一、麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(shè)一、麥克斯韋電磁理論的兩個基本假設(shè) 1、變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場 電磁場和電磁波(上課用)麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論（1 1）變化的磁場產(chǎn)生電）變化的磁場產(chǎn)生電場場均勻變化均勻變化的磁場產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的電場的電場BtOEtO電磁場和電磁波(上課用)麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論（1 1）變化的磁場產(chǎn)生電）變化的磁場產(chǎn)生電場場振蕩振蕩

5、磁場產(chǎn)生磁場產(chǎn)生振蕩振蕩電場電場BO正弦曲線正弦曲線振蕩振蕩磁場磁場EO振蕩振蕩電場電場E E與與B B頻率相同頻率相同tt電磁場和電磁波(上課用) 2變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場 既然變化的磁場可以在周圍空間產(chǎn)生電場，既然變化的磁場可以在周圍空間產(chǎn)生電場，那么變化的電場那么變化的電場能不能夠能不能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場？在周圍空間產(chǎn)生磁場？麥克斯韋認(rèn)為，在麥克斯韋認(rèn)為，在LCLC振蕩電路中當(dāng)電容器充、振蕩電路中當(dāng)電容器充、放電的時，不但導(dǎo)線中的電流要產(chǎn)生磁場，而且放電的時，不但導(dǎo)線中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器間，由于兩極板電荷的變化使電場發(fā)生在電容器間，

6、由于兩極板電荷的變化使電場發(fā)生變化，變化的電場也要產(chǎn)生磁場變化，變化的電場也要產(chǎn)生磁場. .BiE增大B電磁場和電磁波(上課用)、麥克斯圍電磁場理論、麥克斯圍電磁場理論（2 2）變化的電場產(chǎn)生磁）變化的電場產(chǎn)生磁場場均勻變化均勻變化的電場產(chǎn)生的電場產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的磁場的磁場EtOBtO電磁場和電磁波(上課用)、麥克斯圍電磁場理論、麥克斯圍電磁場理論（2 2）變化的電場產(chǎn)生磁）變化的電場產(chǎn)生磁場場振蕩振蕩電場產(chǎn)生電場產(chǎn)生振蕩振蕩磁場磁場EO正弦曲線正弦曲線振蕩振蕩電場電場BO振蕩振蕩磁場磁場B B與與E E頻率相同頻率相同電磁場和電磁波(上課用)麥克斯韋電磁場理論的理解:（1）恒定的電場不產(chǎn)生磁場

7、（2）恒定的磁場不產(chǎn)生電場（3）均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場（4）均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場（5）振蕩電場( (即周期性變化的即周期性變化的) )產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場（6）振蕩磁場( (即周期性變化的即周期性變化的) )產(chǎn)生同頻率的振蕩電場電磁場和電磁波(上課用)二、電磁場二、電磁場 麥克斯韋根據(jù)上述兩個基本假設(shè)，進一麥克斯韋根據(jù)上述兩個基本假設(shè)，進一步指出：如果在空間某域有不均勻變化的電步指出：如果在空間某域有不均勻變化的電場，那么這個變化的電場就在它周圍空間引場，那么這個變化的電場就在它周圍空間引起變化的磁場；這個變化的磁場又在它周圍起變化的磁場；這個變化的磁場又在它

8、周圍空間引起變化的電場空間引起變化的電場于是，變化的電場于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場一體，稱為電磁場。電磁場和電磁波(上課用)電磁場和電磁波(上課用)三、電磁波三、電磁波 1 由變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電由變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠(yuǎn)傳播。這種變化的電磁場在磁場是由近及遠(yuǎn)傳播。這種變化的電磁場在空間的傳播稱為電磁波?？臻g的傳播稱為電磁波。 2 2 電磁波與機械波不同，不需要介質(zhì)，可以電磁波與機械波不同，不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。電磁波的速度等于光速！光在真空中傳播。電磁波的速度等于光

9、速！光是以波動形式傳播的一種電磁振動是以波動形式傳播的一種電磁振動電磁場和電磁波(上課用)（2 2）電磁波可以在）電磁波可以在真空真空中傳播。中傳播。光是一種電磁波。光是一種電磁波。傳播速度為：傳播速度為：c=3=310 10 8 8m/sm/s（3 3）電磁波也會發(fā)生）電磁波也會發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、反射、折射、干涉、衍射、 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)和和偏振偏振現(xiàn)象?，F(xiàn)象。（4 4）電磁波有）電磁波有能量能量。3、電磁波的特點：、電磁波的特點：（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與）電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。二者均垂直的方向傳播

10、，所以電磁波是橫波。電磁場和電磁波(上課用)四、赫茲的電火花實驗四、赫茲的電火花實驗德國科學(xué)家。赫茲對人德國科學(xué)家。赫茲對人類的最大貢獻是用實驗類的最大貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。證實了電磁波的存在。（1 1）麥克斯韋預(yù)言麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在：電磁波的存在：（2 2）赫茲用實驗證實赫茲用實驗證實電磁波的存在：電磁波的存在：令人振奮的電火花令人振奮的電火花1 1、試驗裝置：、試驗裝置：a.a.連接感應(yīng)圈的兩個金屬球。連接感應(yīng)圈的兩個金屬球。b.b.導(dǎo)線環(huán)上的兩個金屬球。導(dǎo)線環(huán)上的兩個金屬球。電磁場和電磁波(上課用)2 2、試驗現(xiàn)象：、試驗現(xiàn)象： 當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，導(dǎo)線環(huán)兩

11、個小球當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，導(dǎo)線環(huán)兩個小球間也跳過了火花。間也跳過了火花。3 3、現(xiàn)象解釋：、現(xiàn)象解釋： 當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，立刻產(chǎn)生了一個當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，立刻產(chǎn)生了一個交變電磁場，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時激發(fā)出交變電磁場，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了 電磁場和電磁波(上課用) 3 3實驗結(jié)論：實驗結(jié)論：證明電磁波存在，

12、為麥證明電磁波存在，為麥克斯韋的電磁場理論奠定了堅實的實驗克斯韋的電磁場理論奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。 赫茲觀察到了電磁波的反射赫茲觀察到了電磁波的反射, ,折射折射, ,干干涉涉, ,偏振和衍射等現(xiàn)象偏振和衍射等現(xiàn)象. .他還測量出電磁波和光有相同的速度他還測量出電磁波和光有相同的速度. .這樣赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電這樣赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論磁理論. .電磁場和電磁波(上課用) 5.電磁波與機械波比較：電磁波與機械波比較： 傳播條件傳播條件機械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波機械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波不需要介質(zhì)也能傳播。不需要介質(zhì)也能傳播。 傳播規(guī)律傳播規(guī)律都遵循都遵循“V=f

13、=/T”這個關(guān)系式；這個關(guān)系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。涉等現(xiàn)象。 傳播本質(zhì)傳播本質(zhì)機械波傳播的是機械能，電磁波機械波傳播的是機械能，電磁波傳播的是電磁能。傳播的是電磁能。電磁場和電磁波(上課用)電場和磁場的變化關(guān)系非均勻非均勻變化磁變化磁場場激發(fā)變化電場均勻變化激發(fā)穩(wěn)定磁場不在激發(fā)若非均勻變化激發(fā)變化磁場均勻變化激發(fā)穩(wěn)定電場非均勻變化電磁場和電磁波(上課用)小結(jié)小結(jié)一、一、 麥克斯韋電磁場理論麥克斯韋電磁場理論1 1變化的磁場產(chǎn)生電場變化的磁場產(chǎn)生電場2 2變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場產(chǎn)生磁場3 3電磁場電磁場傳播傳播電磁波電磁波4

14、4、電磁波不需介質(zhì)，以光速傳播。、電磁波不需介質(zhì)，以光速傳播。二、赫茲證實：二、赫茲證實：1 1、電磁場、電磁波的存在。、電磁場、電磁波的存在。2 2、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn) 象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。電磁場和電磁波(上課用)【練習(xí)】 1根據(jù)麥克斯韋電磁理論，下列說法中正確的是根據(jù)麥克斯韋電磁理論，下列說法中正確的是A變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場B均勻變化的電場一定產(chǎn)生均勻變化的磁場均勻變化的電場一定產(chǎn)生均勻變化的磁場C穩(wěn)定的電場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場穩(wěn)定的電場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場D振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場。答案答案:D電磁場和電磁波(上課用)2.下列說法正確的是( ) A.恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 B.穩(wěn)定電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 C.均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定 的磁場 D.均勻變化的電場和磁場相互激發(fā)，形成由 近及遠(yuǎn)的電磁波AC電磁場和電磁波(上課用)3.3.當(dāng)電磁波的頻率增加時，它在真空中的速度將當(dāng)電磁波的頻率增加時，它