心烦的个性说说：你微笑的侧脸是我最怀念的风景讲解

1、电磁场和电磁波电磁场和电磁波 http:/ 研究电磁波应从电磁振荡开始。研究电磁波应从电磁振荡开始。 一、电磁振荡的产生一、电磁振荡的产生 G C S L 实验：实验： 如图：先把开关板到电池组如图：先把开关板到电池组 一边，给电容器充电。稍后一边，给电容器充电。稍后 再把开关板到线圈一边，让再把开关板到线圈一边，让 电容器通过线圈放电。电容器通过线圈放电。 1.振荡电流振荡电流：这种电路产生的大小和方向做周期性变化的电流，叫振：这种电路产生的大小和方向做周期性变化的电流，叫振 荡电流。荡电流。 2.能够产生振荡电流的电路叫能够产生振荡电流的电路叫振荡电路振荡电路。如图所示是一种简单的振荡电。

2、如图所示是一种简单的振荡电 路，称为路，称为LC振荡电路振荡电路。 3.LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化。回路产生的振荡电流按正弦规律变化。 i t 0 T/4T/2 3T/4T 二、二、LC回路的周期和频率回路的周期和频率 LCT2 LC f 2 1 三、电磁场三、电磁场 19世纪世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研 究的基础上，建立了完整的电磁场理论。这个理论不仅说究的基础上，建立了完整的电磁场理论。这个理论不仅说 明了当时已知的电磁现象，而且预言存在着一种新的能量明了当时已知的电磁现象，而且预言存在着一种新的能量 传输形式，这就是电磁波

3、。电磁场理论的诞生，不仅具有传输形式，这就是电磁波。电磁场理论的诞生，不仅具有 深刻的理论意义，而且具有广泛的应用前景，对人类社会深刻的理论意义，而且具有广泛的应用前景，对人类社会 发展产生了巨大而深远的影响。发展产生了巨大而深远的影响。麦克斯韦对科学的伟大贡麦克斯韦对科学的伟大贡 献在于他提出和发展了新的世界观，为未来的科学研究指献在于他提出和发展了新的世界观，为未来的科学研究指 明了方向。他的电磁学理论通向相对论；他的气体动力学明了方向。他的电磁学理论通向相对论；他的气体动力学 理论对量子论起过作用；他筹建并领导的卡文迪许实验室理论对量子论起过作用；他筹建并领导的卡文迪许实验室 引导了实验

4、原子物理学的发展。这一切使他成为牛顿之后、引导了实验原子物理学的发展。这一切使他成为牛顿之后、 爱因斯坦之前最重要的物理学家。爱因斯坦之前最重要的物理学家。 麦克斯韦电磁场理论：麦克斯韦电磁场理论： （1）变化的磁场产生电场）变化的磁场产生电场 实验验证：按图连接线路。实验验证：按图连接线路。 问问1：小灯泡能否发光？：小灯泡能否发光？ 问问2：线圈中的电荷为什么能定向移动？：线圈中的电荷为什么能定向移动？ 问问3：如果线圈断开，线圈中有电流、电场吗？：如果线圈断开，线圈中有电流、电场吗？ 问问4：如果把线圈拿走，它原来所处的空间有电场吗？：如果把线圈拿走，它原来所处的空间有电场吗？ 结论：变

5、化的磁场产生电场。结论：变化的磁场产生电场。 例例1：如图所示，有一匝电阻为：如图所示，有一匝电阻为11的闭合金属圆环的闭合金属圆环a a，面，面 积为积为0.1m0.1m2 2, ,圆环平面与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度圆环平面与磁场方向垂直，磁场的磁感应强度 随时间的变化关系如图随时间的变化关系如图b所示，求线圈中的电流大小？所示，求线圈中的电流大小？ 结论：均匀变化的磁场产生稳定的电场。结论：均匀变化的磁场产生稳定的电场。 t/s B/T 0 4 40 b 2 20 a a bc d k L A B 结论：振荡的磁场产生同频率振荡的电场结论：振荡的磁场产生同频率振荡的电场 例例2：如图

6、为旋转磁极式发电机，：如图为旋转磁极式发电机， 线圈的匝数为线圈的匝数为N，面积为，面积为S，在，在 磁场中以角速度磁场中以角速度旋转，磁感旋转，磁感 应强度为应强度为B，整个闭个电路总电，整个闭个电路总电 阻为阻为R，从中性面开始计时，求，从中性面开始计时，求 线圈中感应电流的表达式？线圈中感应电流的表达式？ 电磁场：电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场， 变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离 的统一的场，这就是电磁场。（电场和磁场只是这个统的统一的场，这就是电磁场。（电场和磁场只是

7、这个统 一的电磁场的两种具体表现）一的电磁场的两种具体表现） （2）变化的电场产生磁场）变化的电场产生磁场 麦克斯韦根据电现象与麦克斯韦根据电现象与 磁现象的相似性和变化的磁磁现象的相似性和变化的磁 场能产生电场的事实，提出场能产生电场的事实，提出 大胆的假设：变化的电场也大胆的假设：变化的电场也 能产生磁场，并且通过严密能产生磁场，并且通过严密 的理论推导得以证明这一结的理论推导得以证明这一结 论的正确性。论的正确性。 小结：小结： 1.麦克斯韦电磁场理论：麦克斯韦电磁场理论： 变化的磁场能够在周围空间产生电场；变化的磁场能够在周围空间产生电场； 变化的电场能够在周围空间磁场。变化的电场能够

8、在周围空间磁场。 2. 变化的磁场产生电场，变化的电场产变化的磁场产生电场，变化的电场产 生磁生磁 场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形 成一个不可分离的统一的场成一个不可分离的统一的场-电磁场。电磁场。 随堂练习：随堂练习： 1、根据麦克斯韦的电磁理论，下列说法正确的是：（、根据麦克斯韦的电磁理论，下列说法正确的是：（ ） A. 在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场 B. 在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的 磁场周围一定产生变化的电场磁场周围一定产

9、生变化的电场 C. 均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D. 振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场 D B B EE EE 1. 电磁波的产生：如果在空间某处发生了变化的电场，就电磁波的产生：如果在空间某处发生了变化的电场，就 会在空间引起变化的磁场，这个变化的电场和磁场又会在较会在空间引起变化的磁场，这个变化的电场和磁场又会在较 远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样，变化的电场和远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样，变化的电场和 磁场并不局限于空间某个区域，而是由近及远向周围空间传磁场并不局限于空间某个区域，而

10、是由近及远向周围空间传 播开去。播开去。电磁场这样由近及远地传播，形成电磁波。电磁场这样由近及远地传播，形成电磁波。 请阅读课本回答：为什么普通的请阅读课本回答：为什么普通的LC振荡电路不能振荡电路不能 有效地发射电磁波？有效地发射电磁波？ 四、电磁波的产生四、电磁波的产生 + + + + 普通的普通的 LC振荡电路中电场主要集中在电容器极板之振荡电路中电场主要集中在电容器极板之 间，磁场主要集中在线圈内部，振荡过程中电场能和磁间，磁场主要集中在线圈内部，振荡过程中电场能和磁 场能主要是在电路内部互相转化，辐射出去的能量很少，场能主要是在电路内部互相转化，辐射出去的能量很少， 不能有效发射电磁

11、波。不能有效发射电磁波。 问题：要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具问题：要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具 有哪些特点？有哪些特点？ + + + + 2.振荡电路必须具有如下特点：振荡电路必须具有如下特点： 第一、要有足夠高的频率。第一、要有足夠高的频率。 频率越高，发射电磁波的本领频率越高，发射电磁波的本领 越大。（单位时间内辐射出去的能量与频率的四次方成正越大。（单位时间内辐射出去的能量与频率的四次方成正 比）比） 3.由闭合电路变成开放电路由闭合电路变成开放电路 实验：电磁波的发射实验：电磁波的发射 第二、振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。第二、振荡电路的电场和磁场必须分

12、散到尽可能大的空间。 即成为开放电路。即成为开放电路。 + + + z y x B E 沿沿 Z 轴传播的电磁波在轴传播的电磁波在 某一时刻的波的图象某一时刻的波的图象 （1）电磁场中的电场和磁场互相垂直，电）电磁场中的电场和磁场互相垂直，电 磁波在与两者均垂直的方向传播。磁波在与两者均垂直的方向传播。 （2）相邻两个波峰或相邻的两个波谷之间的距离等于电）相邻两个波峰或相邻的两个波谷之间的距离等于电 磁波的波长磁波的波长 。 （波峰、波谷的意义波峰、波谷的意义） （3）在传播方向上任一点）在传播方向上任一点E和和B都随时间作正弦变化，它都随时间作正弦变化，它 们彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂

13、直，因此电磁波是们彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是 横波。横波。 3、电磁波的特点、电磁波的特点 4. 电磁波在空间以一定的速度传播电磁波在空间以一定的速度传播 ，其波长，其波长、频率、频率f、和波、和波 速速v的关系遵从波动的一般关系的关系遵从波动的一般关系 机械波的机械波的 波长、频波长、频 率、波速率、波速 三者之间三者之间 的关系是的关系是 怎样的？怎样的？ v = T = f 麦克斯韦从理论上预见：电磁波在真空中的传麦克斯韦从理论上预见：电磁波在真空中的传 播速度等于光在真空中的传播速度。播速度等于光在真空中的传播速度。 即电磁波在真空中的传播速度即电磁波在真空中的传

14、播速度C=3.0108m/s这这 个预见后来得到了证实个预见后来得到了证实 5.电磁场具有电磁能，电磁波在空间传播，电磁能就电磁场具有电磁能，电磁波在空间传播，电磁能就 随之一起传播。随之一起传播。 问题：机械波传播需要问题：机械波传播需要 介质吗？电磁波传播需介质吗？电磁波传播需 要介质吗？机械波产生要介质吗？机械波产生 的机理是什么？电磁波的机理是什么？电磁波 产生的机理是什么？产生的机理是什么？ 6. 电磁波的传播不需要任何介质。电磁波的传播不需要任何介质。 赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（1888年）年） 小结：小结： 1.发射电磁波，振荡电

15、路必须发射电磁波，振荡电路必须 （1）振荡频率要高）振荡频率要高 （2）开放电路）开放电路 2.电磁波的特点电磁波的特点 （1）电磁波是横波。）电磁波是横波。 （2）电磁波在真空中的传播速度是光在真空中的速度。）电磁波在真空中的传播速度是光在真空中的速度。 （3）电磁波在空间传播，电磁能随之一起传播。）电磁波在空间传播，电磁能随之一起传播。 （4）电磁波的传播不需要任何介质。电磁波的传播不需要任何介质。 3. 赫兹用实验证实了麦克斯韦电磁理论。赫兹用实验证实了麦克斯韦电磁理论。 随堂练习：随堂练习： 1.关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的 是是

16、 （ ） A. 频率越高，传播速度越大频率越高，传播速度越大 B. 波长越长，传播速度越大波长越长，传播速度越大 C. 电磁波的能量越大，传播的速度越大电磁波的能量越大，传播的速度越大 D. 频率、波长、能量的强弱都不影响电磁波的频率、波长、能量的强弱都不影响电磁波的 传播速度传播速度 D 2.关于电磁波和电磁场，下列说法中正确的是关于电磁波和电磁场，下列说法中正确的是 （ ） A. 均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化 的磁场的磁场 B. 电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是 互相垂直的，且与波的传播方向

17、垂直互相垂直的，且与波的传播方向垂直 C. 电磁波和机械波一样依赖于介质传播电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D. 只要空间某区域有振荡的电场或磁场，就能产只要空间某区域有振荡的电场或磁场，就能产 生电磁波生电磁波 B 赫兹与电磁波 赫兹是一个短命的物理学家。他于赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅年逝世时，年仅 37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大岁考人柏林大 学直到不幸去世，进行科学研究不足学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂年，然而却建立了永垂 青史的功绩。青史的功绩。 赫兹以前，由法拉第发现、麦

18、克斯韦完成的电磁理论，因赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因 为未经一系列的科学实验证明，始终处于为未经一系列的科学实验证明，始终处于“预想预想”阶段。把天阶段。把天 才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳。赫兹在人类历才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳。赫兹在人类历 史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。 要获得电磁波，就必须建立一个辐射电磁波源，这个电磁要获得电磁波，就必须建立一个辐射电磁波源，这个电磁 波辐射源还应当有足够的功率。名师出高徒，赫兹的恩师赫尔波辐射源还应当有足够的功率。名师出高徒，赫兹的恩师赫尔 姆霍茨是一位理论和

19、实验俱佳的卓越物理学家。在他的指导和姆霍茨是一位理论和实验俱佳的卓越物理学家。在他的指导和 帮助下，赫兹很快制成了电磁波辐射源，当时它被称作赫兹振帮助下，赫兹很快制成了电磁波辐射源，当时它被称作赫兹振 荡器荡器 赫兹习惯性地首先检查谐振器，将谐振器放到高振荡器有赫兹习惯性地首先检查谐振器，将谐振器放到高振荡器有 一。定距离的地方，使谐振器的平面与振荡器上放电器的一。定距离的地方，使谐振器的平面与振荡器上放电器的 轴相吻合。实验开始，赫兹和技师卡尔立刻忙碌起来，过轴相吻合。实验开始，赫兹和技师卡尔立刻忙碌起来，过 了一个多小时，火花还是没有迸发出来。当把各种可能发了一个多小时，火花还是没有迸发出

20、来。当把各种可能发 生的情况，都进行检查后仍然毫无结果，他们疲惫不堪地生的情况，都进行检查后仍然毫无结果，他们疲惫不堪地 坐在桌旁。坐在桌旁。 赫兹已经记不得这是第几次失败了。从一开始实验，赫兹已经记不得这是第几次失败了。从一开始实验， 他就像与成功无缘似的，麦克斯韦预言过，电磁振荡波一他就像与成功无缘似的，麦克斯韦预言过，电磁振荡波一 样可以折射、反射，具有波的一切属性。样可以折射、反射，具有波的一切属性。 在这个房间，他借助振荡器和谐振器已经证实了从电在这个房间，他借助振荡器和谐振器已经证实了从电 磁辐射源发出的电磁场，就是电磁波。可是，现在他想证磁辐射源发出的电磁场，就是电磁波。可是，现

21、在他想证 明电磁波具有像光一样的反射性能，他打算把明电磁波具有像光一样的反射性能，他打算把 反射的电磁反射的电磁 波记录下来，然而却一直没有成功。波记录下来，然而却一直没有成功。 新的思路终于诞生了。经过调谐电磁辐射源的新的思路终于诞生了。经过调谐电磁辐射源的 内部要素，加大每秒钟振荡的次数，赫兹终于证明内部要素，加大每秒钟振荡的次数，赫兹终于证明 了电磁波具有光一样的反射性能。在以后的工作中，了电磁波具有光一样的反射性能。在以后的工作中， 赫兹悉心研究了电磁波的折射、干涉、偏振和衍射赫兹悉心研究了电磁波的折射、干涉、偏振和衍射 等现象，并且证明了它们的传播速度等于光速，这等现象，并且证明了它们的传播速度等于光速，这 样，赫兹第一个证实了光从其本质上说也是一种电样，赫兹第一个证实了光从其本质上说也是一种电 磁波的问题