4.2電磁場(chǎng)與電磁波課件-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第2節(jié)

電磁場(chǎng)與電磁波第四章交變電流牛頓蓋了一座房子，人類可以遮風(fēng)避雨了，麥克斯韋看了看，覺(jué)得生活不太方便，順手就把電線接進(jìn)來(lái)了，于是“樓上樓下，電燈”，我們的小日子就過(guò)起來(lái)了。后來(lái)愛(ài)因斯坦、普朗克、玻爾等發(fā)現(xiàn)地基不牢固，就把地基給挖了，不過(guò)電線還留著呢啊。這個(gè)比方打完，是不是覺(jué)得麥克斯韋很偉大了啊。但是麥克斯韋偉大在何處呢？1.了解發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史背景，了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要觀點(diǎn)。2.知道電磁波的概念，通過(guò)電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。3.知道赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)方法。知識(shí)點(diǎn)一：電磁場(chǎng)視頻：在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。麥克斯韋認(rèn)為：電路里能產(chǎn)生感應(yīng)電流，是因?yàn)樽兓拇艌?chǎng)產(chǎn)生了電場(chǎng)，電場(chǎng)促使導(dǎo)體中的自由電荷做定向運(yùn)動(dòng)。他將這種用場(chǎng)描述電磁感應(yīng)現(xiàn)象的觀點(diǎn)，推廣到不存在閉合電路的情形。1.麥克斯韋假設(shè)的觀點(diǎn)（1）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)這是一個(gè)普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)電場(chǎng)B①均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)。EtOBtO②非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。BtOEtO靜止的電荷產(chǎn)生靜電場(chǎng)電荷從靜止到運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)

（2）變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)這個(gè)假設(shè)沒(méi)有直接的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，它出于對(duì)自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更具有創(chuàng)造性。注意：恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)。變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。BEii在電容器充、放電的過(guò)程中在電容器兩極板間周期性變化的電場(chǎng)也產(chǎn)生同頻率的周期性變化磁場(chǎng)。2.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解（1）周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同周期性變化的磁場(chǎng)；均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)；（2）周期性變化磁場(chǎng)產(chǎn)生同周期性變化的電場(chǎng)；均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)；注意：恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)；恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)。3.電磁場(chǎng)根據(jù)麥克斯韋的上述兩個(gè)觀點(diǎn)可知，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。4.電磁波的形成變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)向周圍傳播，形成電磁波。視頻：電磁波的形成練一練1.根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是(

)A.有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B.在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D.振蕩的電場(chǎng)在周圍空間一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)D知識(shí)點(diǎn)二：電磁波1.電磁波的特點(diǎn)（1）電磁波則不需要任何介質(zhì)，在真空中也能傳播。電磁波的傳播，靠的是電和磁的相互“感應(yīng)”，而不是靠介質(zhì)的機(jī)械傳遞。（2）電磁波的速度電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，由此，麥克斯韋預(yù)言了光是電磁波。2.赫茲證實(shí)電磁波的存在實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)器材拋光的金屬小球、感應(yīng)圈、彎成環(huán)狀的導(dǎo)線赫茲自制的實(shí)驗(yàn)裝置感應(yīng)圈發(fā)射振子

諧振器接收BA（2）實(shí)驗(yàn)步驟①儀器中有一對(duì)拋光的金屬小球，兩球之間有很小的空氣間隙。將兩個(gè)球連接到產(chǎn)生高電壓的感應(yīng)圈的兩端時(shí)，觀察發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。②把導(dǎo)線彎成環(huán)狀，導(dǎo)線兩端安裝兩個(gè)金屬小球，小球之間有空隙的導(dǎo)線環(huán)放在距感應(yīng)圈不太遠(yuǎn)的位置時(shí)，觀察發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。視頻：赫茲實(shí)驗(yàn)電磁波從發(fā)射器到達(dá)了接收器。①兩球之間就出現(xiàn)了火花放電。②當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)了火花。當(dāng)與感應(yīng)圈相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場(chǎng)。這種變化的電磁場(chǎng)以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說(shuō)明這個(gè)導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波。思考討論：當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)小球間也跳過(guò)了火花，這個(gè)過(guò)程是怎樣發(fā)生的呢？3.赫茲的實(shí)驗(yàn)成就赫茲在以后的一系列實(shí)驗(yàn)中：（1）赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。（2）測(cè)得電磁波在真空中的速度等于光速c，證明了電磁波與光的統(tǒng)一性，赫茲證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。（3）赫茲的實(shí)驗(yàn)為無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了道路。4.電磁場(chǎng)的物質(zhì)性電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)換就是電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)換，因而電磁波的發(fā)射過(guò)程就是輻射能量的過(guò)程，傳播過(guò)程就是能量傳播的過(guò)程。5.物質(zhì)存在的兩種形式當(dāng)麥克斯韋提出電磁場(chǎng)理論并被赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)以后，電磁場(chǎng)就像光一樣真實(shí)了。①一種是由原子和分子構(gòu)成的實(shí)物。②另一種則是以電磁場(chǎng)為代表的場(chǎng)?？茖W(xué)漫步麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立麥克斯韋首先從類比研究入手，借用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具表述法拉第的“力線”；后來(lái)，為了進(jìn)一步說(shuō)明“力線”的分布和性質(zhì)，他轉(zhuǎn)而建立新的模型并提出位移電流與電磁波的概念；最后，他把電磁場(chǎng)作為客體放在核心位置，總結(jié)出麥克斯韋方程組，建立了完整的電磁場(chǎng)理論。1.2021年6月11日，天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器著陸火星首批科學(xué)影像圖公布。請(qǐng)問(wèn)天問(wèn)一號(hào)發(fā)給地面控制中心的信息是通過(guò)機(jī)械波傳播的還是通過(guò)電磁波傳播的為什么電磁波。因?yàn)闄C(jī)械波的傳播離不開(kāi)介質(zhì)，而電磁波可以在真空中傳播。練一練2.

5G是“第五代移動(dòng)通信技術(shù)”的簡(jiǎn)稱，其最顯著的特征之一是具有超高速的數(shù)據(jù)傳輸速率。5G信號(hào)一般采用3.3×109～6×109Hz頻段的無(wú)線電波，而現(xiàn)行第四代移動(dòng)通信技術(shù)4G的頻段范圍是1.88×109～2.64×109Hz，則正確的是(

)A．5G信號(hào)比4G信號(hào)所用的無(wú)線電波在真空中傳播得更快B．5G信號(hào)是橫波，4G信號(hào)是縱波C．空間中的5G信號(hào)和4G信號(hào)會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D．5