高二物理下學期電磁場電磁波新人教版

電磁場和電磁波

1.電磁波與現(xiàn)代科技和人類生活的密切關系。在信息技術高速發(fā)展的今天，電磁波對我們來說越來越重要。

2.電磁波到底是什么？為什么它具有那么大的威力？它又是怎樣產(chǎn)生的呢？它有哪些性質？是否具有波的共同特性？怎樣利用它來傳遞各種信號？……研究電磁波應從電磁振蕩開始。一、電磁振蕩的產(chǎn)生GCSL實驗：如圖：先把開關板到電池組一邊，給電容器充電。稍后再把開關板到線圈一邊，讓電容器通過線圈放電。1.振蕩電流：這種電路產(chǎn)生的大小和方向做周期性變化的電流，叫振蕩電流。2.能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路。如圖所示是一種簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。3.LC回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化。it0T/4T/23T/4T二、LC回路的周期和頻率三、電磁場19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究的基礎上，建立了完整的電磁場理論。這個理論不僅說明了當時已知的電磁現(xiàn)象，而且預言存在著一種新的能量傳輸形式，這就是電磁波。電磁場理論的誕生，不僅具有深刻的理論意義，而且具有廣泛的應用前景，對人類社會發(fā)展產(chǎn)生了巨大而深遠的影響。麥克斯韋對科學的偉大貢獻在于他提出和發(fā)展了新的世界觀，為未來的科學研究指明了方向。他的電磁學理論通向相對論；他的氣體動力學理論對量子論起過作用；他籌建并領導的卡文迪許實驗室引導了實驗原子物理學的發(fā)展。這一切使他成為牛頓之后、愛因斯坦之前最重要的物理學家。

麥克斯韋電磁場理論：（1）變化的磁場產(chǎn)生電場實驗驗證：按圖連接線路。問1：小燈泡能否發(fā)光？問2：線圈中的電荷為什么能定向移動？問3：如果線圈斷開，線圈中有電流、電場嗎？問4：如果把線圈拿走，它原來所處的空間有電場嗎？結論：變化的磁場產(chǎn)生電場。例1：如圖所示，有一匝電阻為1Ω的閉合金屬圓環(huán)a，面積為0.1m2,圓環(huán)平面與磁場方向垂直，磁場的磁感應強度隨時間的變化關系如圖b所示，求線圈中的電流大??？

結論：均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場。t/sB/T0440b220××××××××××××××××××××××××××××aabcdkLAB結論：振蕩的磁場產(chǎn)生同頻率振蕩的電場例2：如圖為旋轉磁極式發(fā)電機，線圈的匝數(shù)為N，面積為S，在磁場中以角速度ω旋轉，磁感應強度為B，整個閉個電路總電阻為R，從中性面開始計時，求線圈中感應電流的表達式？電磁場：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，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)一的場，這就是電磁場。（電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)）（2）變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋根據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場能產(chǎn)生電場的事實，提出大膽的假設：變化的電場也能產(chǎn)生磁場，并且通過嚴密的理論推導得以證明這一結論的正確性。小結：1.麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場；變化的電場能夠在周圍空間磁場。

變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，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)一的場------電磁場。隨堂練習：1、根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，下列說法正確的是：（）A.在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B.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)生變化的電場均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D.振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場DBBEEEE1.電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某處發(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又會在較遠的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣，變化的電場和磁場并不局限于空間某個區(qū)域，而是由近及遠向周圍空間傳播開去。電磁場這樣由近及遠地傳播，形成電磁波。請閱讀課本回答：為什么普通的LC振蕩電路不能有效地發(fā)射電磁波？四、電磁波的產(chǎn)生++++????普通的LC振蕩電路中電場主要集中在電容器極板之間，磁場主要集中在線圈內部，振蕩過程中電場能和磁場能主要是在電路內部互相轉化，輻射出去的能量很少，不能有效發(fā)射電磁波。問題：要有效向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有哪些特點？++++????2.振蕩電路必須具有如下特點：第一、要有足夠高的頻率。頻率越高，發(fā)射電磁波的本領越大。（單位時間內輻射出去的能量與頻率的四次方成正比）3.由閉合電路變成開放電路實驗：電磁波的發(fā)射第二、振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間。即成為開放電路。???+++λzyxBE沿Z軸傳播的電磁波在某一時刻的波的圖象（1）電磁場中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播。（2）相鄰兩個波峰或相鄰的兩個波谷之間的距離等于電磁波的波長。（波峰、波谷的意義）（3）在傳播方向上任一點E和B都隨時間作正弦變化，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。3、電磁波的特點4.電磁波在空間以一定的速度傳播，其波長λ、頻率f、和波速v的關系遵從波動的一般關系機械波的波長、頻率、波速三者之間的關系是怎樣的？v=λT=λ?f麥克斯韋從理論上預見：電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度。即電磁波在真空中的傳播速度C=3.0×108m/s這個預見后來得到了證實5.電磁場具有電磁能，電磁波在空間傳播，電磁能就隨之一起傳播。問題：機械波傳播需要介質嗎？電磁波傳播需要介質嗎？機械波產(chǎn)生的機理是什么？電磁波產(chǎn)生的機理是什么？6.電磁波的傳播不需要任何介質。赫茲用實驗證實了麥克斯韋理論的正確性（1888年）小結：1.發(fā)射電磁波，振蕩電路必須（1）振蕩頻率要高（2）開放電路2.電磁波的特點（1）電磁波是橫波。（2）電磁波在真空中的傳播速度是光在真空中的速度。（3）電磁波在空間傳播，電磁能隨之一起傳播。（4）電磁波的傳播不需要任何介質。3.赫茲用實驗證實了麥克斯韋電磁理論。隨堂練習：1.關于電磁波在真空中的傳播，下列說法中正確的是（）A.頻率越高，傳播速度越大B.波長越長，傳播速度越大C.電磁波的能量越大，傳播的速度越大D.頻率、波長、能量的強弱都不影響電磁波的傳播速度D2.關于電磁波和電磁場，下列說法中正確的是（）A.均勻變化的電場在它的周圍空間產(chǎn)生均勻變化的磁場B.電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直的，且與波的傳播方向垂直C.電磁波和機械波一樣依賴于介質傳播D.只要空間某區(qū)域有振蕩的電場或磁場，就能產(chǎn)生電磁波B赫茲與電磁波赫茲是一個短命的物理學家。他于1894年逝世時，年僅37歲，這無疑是物理學界的巨大損失。他從21歲考人柏林大學直到不幸去世，進行科學研究不足15年，然而卻建立了永垂青史的功績。赫茲以前，由法拉第發(fā)現(xiàn)、麥克斯韋完成的電磁理論，因為未經(jīng)一系列的科學實驗證明，始終處于“預想”階段。把天才的預想變成世人公認的真理，是赫茲的功勞。赫茲在人類歷史上首先捕捉到電磁波，使假說變成現(xiàn)實。要獲得電磁波，就必須建立一個輻射電磁波源，這個電磁波輻射源還應當有足夠的功率。名師出高徒，赫茲的恩師赫爾姆霍茨是一位理論和實驗俱佳的卓越物理學家。在他的指導和幫助下，赫茲很快制成了電磁波輻射源，當時它被稱作赫茲振蕩器赫茲習慣性地首先檢查諧振器，將諧振器放到高振蕩器有一。定距離的地方，使諧振器的平面與振蕩器上放電器的軸相吻合。實驗開始，赫茲和技師卡爾立刻忙碌起來，過了一個多小時，火花還是沒有迸發(fā)出來。當把各種可能發(fā)生的情況，都進行檢查后仍然毫無結果，他們疲憊不堪地坐在桌旁。赫茲已經(jīng)記不得這是第幾次失敗了。從一開始實驗，他就像與成功無緣似的，麥克斯韋預言過，電磁振蕩波一樣可以折射、反射，具有波的一切屬性。在這個房間，他借助振蕩器和諧振器已經(jīng)證實了從電磁輻射源發(fā)出的電磁場，就是電磁波?？墒?，現(xiàn)在他想證明電磁波具有像光一樣的反射性能，他打算把反射的電磁波記錄下來，然而卻一直沒有成功。

新的思路終于誕生了。經(jīng)過調諧電磁輻射源的內部要素，加大每秒鐘振蕩的次數(shù)，赫茲終于證明了電磁波具有光一樣的反射性能。在以后的工作中，赫茲悉心研究了電磁波的折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象，并且證明了它們的傳播速度等于光速，這樣，赫茲第一個證實了光從其本質上說也是一種電磁波的問題。發(fā)現(xiàn)電磁波產(chǎn)生的巨大影響，連赫茲本人也沒料到。在他發(fā)現(xiàn)電磁波的第二年，有人問他，電磁波是否可以用作無線電通訊，赫茲不敢肯定。赫茲研究電磁波無意中丟下的種子，卻很快在異地開花結果了。

在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實現(xiàn)廠無線電傳播，并很快投人實際使用。其他利用電磁波的技術，也像雨后春筍般相繼問