高三物理電磁場與電磁波

1、第二節(jié)第二節(jié)系列課件系列課件電磁振蕩與電磁波電磁振蕩與電磁波 在在1919世紀(jì)世紀(jì)6060年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋（1831183118791879）在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，建立了完）在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，建立了完整的整的電磁場理論電磁場理論這個理論不僅說明了當(dāng)時已知的電這個理論不僅說明了當(dāng)時已知的電磁現(xiàn)象，而且磁現(xiàn)象，而且預(yù)言存預(yù)言存在著一種新的能量傳輸形式，這在著一種新的能量傳輸形式，這就是就是電磁波電磁波一、前言一、前言 振蕩電路中電荷振蕩電路中電荷的周期性運動產(chǎn)生電的周期性運動產(chǎn)生電磁振蕩，電磁振蕩能磁振蕩，電磁振蕩能像機(jī)械振動那樣產(chǎn)生像機(jī)械振動那樣產(chǎn)生波

2、嗎？波嗎？1 1、變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的磁場產(chǎn)生電場 二、麥克斯韋電磁場理論的基本思想二、麥克斯韋電磁場理論的基本思想 在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里將會在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里將會產(chǎn)生感應(yīng)電流（圖甲），這是熟悉的電磁感應(yīng)現(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流（圖甲），這是熟悉的電磁感應(yīng)現(xiàn)象麥克斯韋從場的觀點研究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，認(rèn)象麥克斯韋從場的觀點研究了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，認(rèn)為電路里能為電路里能產(chǎn)生感應(yīng)電流產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因為變化的磁場產(chǎn)生，是因為變化的磁場產(chǎn)生了一個了一個電場電場，這個電場驅(qū)使導(dǎo)體中的自由電荷做定，這個電場驅(qū)使導(dǎo)體中的自由電荷做定向的移動麥克斯韋還把這種用向的移動麥克斯韋還把這種用

3、場場來描述電磁感應(yīng)來描述電磁感應(yīng)現(xiàn)象的觀點，推廣到不存在閉合電路的情形他認(rèn)現(xiàn)象的觀點，推廣到不存在閉合電路的情形他認(rèn)為，在為，在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象的現(xiàn)象，跟，跟閉合電路是否存在無關(guān)閉合電路是否存在無關(guān)（圖乙）（圖乙） 變化的磁場產(chǎn)變化的磁場產(chǎn)生電場與靜電生電場與靜電場有何不同？場有何不同？2 2、變化的電場產(chǎn)生磁場、變化的電場產(chǎn)生磁場 演示實驗演示實驗 既然變化既然變化的磁場可以產(chǎn)的磁場可以產(chǎn)生電場，那么生電場，那么變化的電場是變化的電場是否也可以產(chǎn)生否也可以產(chǎn)生磁場呢？磁場呢？ 一個靜止的電荷，它產(chǎn)生的是靜電場，即空間一個靜止的

4、電荷，它產(chǎn)生的是靜電場，即空間各點的電場強(qiáng)度不隨時間而變化這個電荷一旦運各點的電場強(qiáng)度不隨時間而變化這個電荷一旦運動起來，電場就發(fā)生變化，即空間各點的電場強(qiáng)度動起來，電場就發(fā)生變化，即空間各點的電場強(qiáng)度將隨著時間而變化另一方面，運動的電荷在空間將隨著時間而變化另一方面，運動的電荷在空間要產(chǎn)生磁場用場的觀點來分析這個問題，就可以要產(chǎn)生磁場用場的觀點來分析這個問題，就可以說：這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的例如在電容說：這個磁場是由變化的電場產(chǎn)生的例如在電容器充放電的時候，不僅導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生磁場，而器充放電的時候，不僅導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場也產(chǎn)生磁且在電容器兩極

5、板間周期性變化著的電場也產(chǎn)生磁場場( (如圖如圖) )結(jié)論：結(jié)論： 變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，這是麥克斯韋理論的兩大支生磁場，這是麥克斯韋理論的兩大支柱按照這個理論，變化的電場和磁場總柱按照這個理論，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一的場，這就是的場，這就是電磁場電磁場電場和磁場只是這電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn) 思考：思考：均勻變化呢？周期性變化呢？均勻變化呢？周期性變化呢？三、電磁波的產(chǎn)生三、電磁波的產(chǎn)生 及特點及特點 從麥克斯韋的電磁場理論可以

6、知道：如從麥克斯韋的電磁場理論可以知道：如果在空間某處發(fā)生了變化的電場，就會在空果在空間某處發(fā)生了變化的電場，就會在空間引起變化的磁場，這個變化的電場和磁場間引起變化的磁場，這個變化的電場和磁場又會在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場和磁又會在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場和磁場這樣成場這樣成相互聯(lián)系的不可分割的統(tǒng)一體相互聯(lián)系的不可分割的統(tǒng)一體，變化的電場和磁場并不局限于空間某個區(qū)域，變化的電場和磁場并不局限于空間某個區(qū)域，而要由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開去而要由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開去電磁場電磁場這樣由近及遠(yuǎn)地傳播這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成，就形成電磁波電磁波電磁波的特點電磁波的特點：（請同學(xué)們閱讀教材

7、并總結(jié)）（請同學(xué)們閱讀教材并總結(jié)） BBEEEE 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，電磁波中的電場和磁根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，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圖中場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播圖中表示做正弦變化的電場或磁場所引起的電磁波在某一時表示做正弦變化的電場或磁場所引起的電磁波在某一時刻的波的圖象波峰表示在該點的電場強(qiáng)度刻的波的圖象波峰表示在該點的電場強(qiáng)度E E或磁感應(yīng)或磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度B B在正方向具有最大值，波谷表示在該點的電場強(qiáng)在正方向具有最大值，波谷表示在該點的電場強(qiáng)度度E E或磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度B B在反方向具有最大值兩個相鄰的波在反方向具有

8、最大值兩個相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于電磁波的波長在傳播方峰（或波谷）之間的距離等于電磁波的波長在傳播方向上的任一點，向上的任一點，E E和和B B都隨時間作正弦變化，都隨時間作正弦變化，E E的方向平的方向平行于行于x x軸，軸，B B的方向平行于的方向平行于y y軸，它們彼此垂直，而且都軸，它們彼此垂直，而且都跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波 真空中電磁波速度為真空中電磁波速度為c=3.0c=3.010108 8m/sm/s，c=fc=f，其，其中中f f為電磁波的頻率、為電磁波的頻率、為電磁波的波長為電磁波的波長. . 從從場場的觀點來看電場

9、具有電能，磁場的觀點來看電場具有電能，磁場具有磁能，電磁場具有電磁能電磁波的具有磁能，電磁場具有電磁能電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程電磁波在發(fā)射過程就是輻射能量的過程電磁波在空間傳播，空間傳播，電磁能就隨著一起傳播電磁能就隨著一起傳播 在機(jī)械波中，振動的傳播需要具有彈在機(jī)械波中，振動的傳播需要具有彈性的介質(zhì)，而性的介質(zhì)，而電磁波則不需要任何介質(zhì)，電磁波則不需要任何介質(zhì)，在真空中也能傳播，這是由電磁波產(chǎn)生的在真空中也能傳播，這是由電磁波產(chǎn)生的機(jī)理所決定的因為電磁波的傳播，靠的機(jī)理所決定的因為電磁波的傳播，靠的是是電和磁的相互電和磁的相互“感應(yīng)感應(yīng)”，而不是靠介質(zhì)而不是靠介質(zhì)的機(jī)械傳遞的機(jī)械傳

10、遞 有橫波也有縱波有橫波也有縱波是橫波是橫波種類種類取決于介質(zhì)取決于介質(zhì)真空中：恒定真空中：恒定介質(zhì)：取決于介質(zhì)與頻率介質(zhì)：取決于介質(zhì)與頻率速度速度需要介質(zhì)需要介質(zhì)傳播機(jī)械能及信息傳播機(jī)械能及信息不需介質(zhì)不需介質(zhì)傳播電磁能及信息傳播電磁能及信息傳播傳播本身不是物質(zhì)，本身不是物質(zhì)，是運動形式的傳播是運動形式的傳播是一種客觀存在的物質(zhì)是一種客觀存在的物質(zhì)本質(zhì)本質(zhì)都是波，都會發(fā)生干涉、衍射等現(xiàn)象都是波，都會發(fā)生干涉、衍射等現(xiàn)象都滿足關(guān)系：都滿足關(guān)系：v=fv=f聯(lián)系聯(lián)系機(jī)械波機(jī)械波電磁波電磁波橫橫兩兩電電磁磁振蕩頻率振蕩頻率不同不同3 310108 8m/sm/sv/fv/f電磁電磁反射反射折射折射

11、衍射衍射干涉干涉多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)介質(zhì)與頻率介質(zhì)與頻率四、電磁場的物質(zhì)性四、電磁場的物質(zhì)性（請同學(xué)們閱讀教材并總結(jié)）（請同學(xué)們閱讀教材并總結(jié)）五、麥克斯韋電磁場理論的意義五、麥克斯韋電磁場理論的意義（請同學(xué)們閱讀教材并總結(jié)）（請同學(xué)們閱讀教材并總結(jié)）電磁場有：電磁場有：能量、能量、 “光壓光壓”、運動的質(zhì)量、運動的質(zhì)量、動量（與其它物質(zhì)相互作用）。動量（與其它物質(zhì)相互作用）。1 1、實現(xiàn)電磁光的統(tǒng)一。、實現(xiàn)電磁光的統(tǒng)一。2 2、電磁場理論的建立過程為：、電磁場理論的建立過程為：“實踐實踐理論理論實踐實踐”，是物理發(fā)展史上的典型案例。是物理發(fā)展史上的典型案例。3 3、麥克斯韋電磁場理論，實現(xiàn)了

12、經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物、麥克斯韋電磁場理論，實現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折。理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折?？茖W(xué)家簡介科學(xué)家簡介1 1、下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是（、下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是（ ）A.A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播 B.B.在任何介質(zhì)中的傳播速度均為在任何介質(zhì)中的傳播速度均為3 310108 8m/sm/sC.C.波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時，波長將變短波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時，波長將變短 D.D.波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象 思考與討論思考與討論ACAC2 2根據(jù)麥克斯韋電磁理論，如下說法正確的根據(jù)麥克斯韋電磁理論，

13、如下說法正確的是是 A 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 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 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 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3 3以下有關(guān)在真空中傳播的電磁波的說法正以下有關(guān)在真空中傳播的電磁波的說法正確的是確的是 A A頻率越大，傳播的速度越大頻率越大，傳播的速度越大B B頻率不同，傳播的速度相同頻率不同，傳播的速度相同C C頻率越大，其波長越大頻率越大，其波長越大D D頻率不同頻率不同, ,傳播速度也不同傳播速度也不同思

14、考與討論思考與討論4 4頻率為頻率為600 kHz600 kHz到到1.5 MHz1.5 MHz的電磁波其波長由的電磁波其波長由 m m到到m m 5 5某收音機(jī)調(diào)諧電路的可變電容器動片完全旋某收音機(jī)調(diào)諧電路的可變電容器動片完全旋入時，電容是入時，電容是390 PF390 PF，這時能接收到，這時能接收到520kHz520kHz的的無線電電波，動片完全旋出時，電容變?yōu)闊o線電電波，動片完全旋出時，電容變?yōu)?9 PF39 PF，這時能收到的無線電電波的頻率是這時能收到的無線電電波的頻率是_10106 6 HzHz，此收音機(jī)能收到的無線電電波中，最短的，此收音機(jī)能收到的無線電電波中，最短的波長為波長

15、為_m_m（取三位有效數(shù)字）（取三位有效數(shù)字） 思考與討論思考與討論6 6LCLC回路中，電容器為回路中，電容器為C C1 1，線圈自感為，線圈自感為L L1 1設(shè)電磁波設(shè)電磁波的速度為的速度為c c，則，則LCLC回路產(chǎn)生電磁振蕩時向外輻射電磁回路產(chǎn)生電磁振蕩時向外輻射電磁波的波長為波的波長為( ). ( ). 思考與討論思考與討論7.7.根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，下列說法正確的是：根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，下列說法正確的是：A. A. 在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B. B. 在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的 磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場 均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場C.C.D. D. 振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場8.8.關(guān)于電磁波和電磁場，下列說法中正確的是關(guān)于電磁波和電磁場