第2課 電磁場與電磁波【知識精講+備課精研】 高二物理 （人教版2019選擇性必修第二冊）

§4.2

電磁場與電磁波電磁振蕩電路中的能量有一部分要以電磁波的形式輻射到周圍空間中去，那么，這些電磁波是怎樣產(chǎn)生的？新課導(dǎo)入一、電磁場1、變化的磁場產(chǎn)生電場

裝置如圖所示，當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢說明了什么？

麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)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。一、電磁場電磁場理論的核心之一1.變化的磁場產(chǎn)生電場麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)，導(dǎo)體環(huán)只是用來顯示電流的存在。注意：這種電場的電場線是閉合的（渦旋電場）一、電磁場①均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場EtOBtO②周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場tBOEOt正弦曲線振蕩磁場振蕩電場E與B頻率相同恒定的磁場產(chǎn)生電場嗎？非均勻變化的磁場產(chǎn)生什么樣的電場？不！變化的！麥克斯韋經(jīng)過反復(fù)思考提出假設(shè)：

變化的電場也相當于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場在空間產(chǎn)生磁場。

既然變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場，那么，變化的電場能不能夠在空間產(chǎn)生磁場？

2、變化的電場產(chǎn)生磁場一、電磁場①均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場BtOEtO②周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場tEOBOt正弦曲線振蕩電場振蕩磁場B與E頻率相同恒定的電場產(chǎn)生磁場嗎？不產(chǎn)生！

非均勻變化的電場產(chǎn)生什么樣的磁場呢？變化的磁場！

一、電磁場實驗現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象假設(shè)一：變化的磁場產(chǎn)生電場假設(shè)二：變化的電場產(chǎn)生磁場二、電磁波思考與討論

如果一個變化的電場會產(chǎn)生一個變化的磁場，那么下面還要發(fā)生什么現(xiàn)象呢？變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，它們形成一個不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場。BBEEEE1、電磁場：恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場1、對麥克斯韋電磁理論的理解二、電磁波非均勻變化的磁場變化電場若是均勻變化穩(wěn)定磁場不再激發(fā)若非均勻變化變化磁場若是均勻變化穩(wěn)定電場若非均勻變化2、電磁波形成示意圖：激發(fā)激發(fā)激發(fā)激發(fā)二、電磁波3、電磁波的特點：（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。波速：v=λ/T=λf二、電磁波

E⊥B⊥V4、電磁波的特點：（3）電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，v和λ變化，v介<c（2）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c=3×108m/s（5）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象。（6）電磁波有能量。（4）不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，f越高，v越?。籪越低，v越大二、電磁波例1、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（

）A、恒定的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場B、變化的磁場在周圍產(chǎn)生變化的電場C、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D、均勻變化的磁場在周圍產(chǎn)生恒定的電場均勻變化的磁場（電場）產(chǎn)生恒定的電場（磁場）D例2、關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是（）A、均勻變化的電場和均勻變化的磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠處傳播形成電磁波B、振蕩電場和振蕩磁場互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠處傳播形成電磁波C、電磁波的振蕩電場和振蕩磁場方向互相垂直，且與傳播方向互相垂直D、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象恒定的磁場，不再繼續(xù)激發(fā)電場，形不成電磁波BCD橫波變化的電場與變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波。機械波的傳播需要介質(zhì)

電磁波靠電和磁的相互"感應(yīng)"傳播，而不是靠介質(zhì)的機械傳遞。三、電磁波與機械波的比較1．機械波與電磁波的共性機械波與電磁波是本質(zhì)上不同的兩種波，但它們有共同的性質(zhì)：(1)都具有波的特性，能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等物理現(xiàn)象；(2)都滿足v＝λ/T＝λf；(3)波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)，頻率都不變。對比內(nèi)容電磁波機械波本質(zhì)電磁現(xiàn)象力學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生機理由電磁振蕩產(chǎn)生由機械振動產(chǎn)生

周期性變化的量場強E與磁感應(yīng)強度B隨時間和空間作周期性變化質(zhì)點的位移x、加速度a隨時間和空間作周期性變化波的性質(zhì)橫波既有橫波，又有縱波傳播介質(zhì)不需要介質(zhì)，可在真空中傳播只在彈性介質(zhì)中傳播速度特點由介質(zhì)和頻率決定僅由介質(zhì)決定2．機械波與電磁波的區(qū)別三、電磁波與機械波的比較例3、比較電磁波和機械波，下列說法中正確的是（

）A、電磁波和機械波都可以在真空中傳播B、電磁波和機械波都是傳遞能量的一種形式C、電磁波和機械波都能產(chǎn)生反射、干涉、衍射、偏振現(xiàn)象D、電磁波和聲波都是縱波機械波只能在介質(zhì)中傳播電磁波是橫波，聲波是縱波BC四、赫茲的電火花麥克斯韋預(yù)言光是電磁波

光是按電磁波規(guī)律傳播的一種電磁振蕩——光是一種電磁波。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。四、赫茲的電火花赫茲電火花傳播火花

當與感應(yīng)圈相連的兩個金屬球間產(chǎn)生電火花時，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場。這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。當電磁波到達導(dǎo)線環(huán)時，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說明這個導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波。四、赫茲的電火花捕捉電磁波生活中電磁波的產(chǎn)生核彈爆炸X射線照射下的魚X射線照射下的手例4、任何電磁波在真空中都具有相同的（

）A、頻率B、波長C、波速D、能量C課堂小結(jié)1、麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場。2、變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成同一的電磁場。電磁場在空間傳播形成電磁波。

3、赫茲實驗的過程及對無線電技術(shù)的貢獻。非均勻變化磁場激發(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場和磁場的變化關(guān)系課堂小結(jié)麥克斯韋科學(xué)漫步麥克斯韋電磁場理論的建立

變化的磁場產(chǎn)生電場這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關(guān)。變化的電場產(chǎn)生磁場電場就像運動的電荷，也會在空間產(chǎn)生磁場。

麥克斯韋(1831-1879)。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。他依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、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，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)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎(chǔ)。麥克斯韋1831年6月出生于英國愛丁堡，他的父親原是律師，但他的主要興趣是在制作各種機械和研究科學(xué)問題，他這種對科學(xué)的強烈愛好，對麥克斯韋一生有深刻的影響。

海因里?！?shù)婪颉ず掌潱℉einrichRudolfHertz，1857年2月22日－1894年1月1日），德國物理學(xué)家，于1888年首先證實了電磁波的存在。并對電磁學(xué)有很大的貢獻，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。

赫茲是一個短命的物理學(xué)家。他于1894年逝世時，年僅37歲，這無疑是物理學(xué)界的巨大損失。他從21歲考人柏林大學(xué)直到不幸去世，進行科學(xué)研究不足15年，然而卻建立了永垂青史的功績。

1．關(guān)于電磁波與機械波，下列說法正確的是（）A．電磁波傳播需要介質(zhì)，機械波傳播不需要介質(zhì)B．電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同，各種機械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同C．電磁波和機械波都不能發(fā)生干涉D．電磁波和機械波都能發(fā)生衍射D2．下列關(guān)于麥克斯韋的電磁場理論說法正確的是（）A．變化的磁場產(chǎn)生的電場一定是變化的B．不均勻變化的電場產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場產(chǎn)生不均勻變化的電場C．穩(wěn)定的磁場產(chǎn)生不穩(wěn)定的電場D．周期性變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生的變化電場D3．電磁場理論預(yù)言了什么（）A．預(yù)言了變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場B．預(yù)言了電磁波的存在，電磁波在真空中的速度為光速C．預(yù)言了變化的電場能夠在周圍產(chǎn)生磁場D．預(yù)言了電能夠產(chǎn)生磁，磁能夠產(chǎn)生電B4．根據(jù)麥克斯韋電磁理論，變化的磁場可以產(chǎn)生電場.當產(chǎn)生的電場的電場線如圖所示時，可能是（）A．向上方向的磁場在增強B．向下方向的磁場在減弱C．向上方向的磁場先增強，然后反向減弱D．向上方向的磁場先減弱，然后反向增強D5．下列說法正確的是（）A．楞次在實驗中觀察到電流的磁效應(yīng)，揭示了電和磁之間存在聯(lián)系B．安培提出了分子電流假說C．麥克斯韋預(yù)言了電磁波并用實驗證實了電磁波的存在D．法拉第提出了法拉第電磁感應(yīng)定律B6．關(guān)于電磁場和電磁波理論，下列說法不正確的是（）A．變化的磁