高三物理电磁场与电磁波

1、第二节第二节系列课件系列课件电磁振荡与电磁波电磁振荡与电磁波 在在1919世纪世纪6060年代，英国物理学家麦克斯韦年代，英国物理学家麦克斯韦（1831183118791879）在总结前人研究的基础上，建立了完）在总结前人研究的基础上，建立了完整的整的电磁场理论电磁场理论这个理论不仅说明了当时已知的电这个理论不仅说明了当时已知的电磁现象，而且磁现象，而且预言存预言存在着一种新的能量传输形式，这在着一种新的能量传输形式，这就是就是电磁波电磁波一、前言一、前言 振荡电路中电荷振荡电路中电荷的周期性运动产生电的周期性运动产生电磁振荡，电磁振荡能磁振荡，电磁振荡能像机械振动那样产生像机械振动那样产生波

2、吗？波吗？1 1、变化的磁场产生电场、变化的磁场产生电场 二、麦克斯韦电磁场理论的基本思想二、麦克斯韦电磁场理论的基本思想 在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里将会产生感应电流（图甲），这是熟悉的电磁感应现产生感应电流（图甲），这是熟悉的电磁感应现象麦克斯韦从场的观点研究了电磁感应现象，认象麦克斯韦从场的观点研究了电磁感应现象，认为电路里能为电路里能产生感应电流产生感应电流，是因为变化的磁场产生，是因为变化的磁场产生了一个了一个电场电场，这个电场驱使导体中的自由电荷做定，这个电场驱使导体中的自由电荷做定向的移动麦克斯韦还把这种用向的移动麦克斯韦还把这种用

3、场场来描述电磁感应来描述电磁感应现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形他认现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形他认为，在为，在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象的现象，跟，跟闭合电路是否存在无关闭合电路是否存在无关（图乙）（图乙） 变化的磁场产变化的磁场产生电场与静电生电场与静电场有何不同？场有何不同？2 2、变化的电场产生磁场、变化的电场产生磁场 演示实验演示实验 既然变化既然变化的磁场可以产的磁场可以产生电场，那么生电场，那么变化的电场是变化的电场是否也可以产生否也可以产生磁场呢？磁场呢？ 一个静止的电荷，它产生的是静电场，即空间一个静止的

4、电荷，它产生的是静电场，即空间各点的电场强度不随时间而变化这个电荷一旦运各点的电场强度不随时间而变化这个电荷一旦运动起来，电场就发生变化，即空间各点的电场强度动起来，电场就发生变化，即空间各点的电场强度将随着时间而变化另一方面，运动的电荷在空间将随着时间而变化另一方面，运动的电荷在空间要产生磁场用场的观点来分析这个问题，就可以要产生磁场用场的观点来分析这个问题，就可以说：这个磁场是由变化的电场产生的例如在电容说：这个磁场是由变化的电场产生的例如在电容器充放电的时候，不仅导体中的电流产生磁场，而器充放电的时候，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场也产生磁且在电容器两极

5、板间周期性变化着的电场也产生磁场场( (如图如图) )结论：结论： 变化的磁场产生电场，变化的电场产变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，这是麦克斯韦理论的两大支生磁场，这是麦克斯韦理论的两大支柱按照这个理论，变化的电场和磁场总柱按照这个理论，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是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是的场，这就是电磁场电磁场电场和磁场只是这电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现个统一的电磁场的两种具体表现 思考：思考：均匀变化呢？周期性变化呢？均匀变化呢？周期性变化呢？三、电磁波的产生三、电磁波的产生 及特点及特点 从麦克斯韦的电磁场理论可以

6、知道：如从麦克斯韦的电磁场理论可以知道：如果在空间某处发生了变化的电场，就会在空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又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场这样成场这样成相互联系的不可分割的统一体相互联系的不可分割的统一体，变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域，变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域，而要由近及远向周围空间传播开去而要由近及远向周围空间传播开去电磁场电磁场这样由近及远地传播这样由近及远地传播，就形成，就形成电磁波电磁波电磁波的特点电磁波的特点：（请同学们阅读教材

7、并总结）（请同学们阅读教材并总结） BBEEEE 根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场和磁根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播图中场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播图中表示做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时表示做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的波的图象波峰表示在该点的电场强度刻的波的图象波峰表示在该点的电场强度E E或磁感应或磁感应强度强度B B在正方向具有最大值，波谷表示在该点的电场强在正方向具有最大值，波谷表示在该点的电场强度度E E或磁感应强度或磁感应强度B B在反方向具有最大值两个相邻的波在反方向具有

8、最大值两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长在传播方峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长在传播方向上的任一点，向上的任一点，E E和和B B都随时间作正弦变化，都随时间作正弦变化，E E的方向平的方向平行于行于x x轴，轴，B B的方向平行于的方向平行于y y轴，它们彼此垂直，而且都轴，它们彼此垂直，而且都跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波 真空中电磁波速度为真空中电磁波速度为c=3.0c=3.010108 8m/sm/s，c=fc=f，其，其中中f f为电磁波的频率、为电磁波的频率、为电磁波的波长为电磁波的波长. . 从从场场的观点来看电场

9、具有电能，磁场的观点来看电场具有电能，磁场具有磁能，电磁场具有电磁能电磁波的具有磁能，电磁场具有电磁能电磁波的发射过程就是辐射能量的过程电磁波在发射过程就是辐射能量的过程电磁波在空间传播，空间传播，电磁能就随着一起传播电磁能就随着一起传播 在机械波中，振动的传播需要具有弹在机械波中，振动的传播需要具有弹性的介质，而性的介质，而电磁波则不需要任何介质，电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播，这是由电磁波产生的在真空中也能传播，这是由电磁波产生的机理所决定的因为电磁波的传播，靠的机理所决定的因为电磁波的传播，靠的是是电和磁的相互电和磁的相互“感应感应”，而不是靠介质而不是靠介质的机械传递的机械传

10、递 有横波也有纵波有横波也有纵波是横波是横波种类种类取决于介质取决于介质真空中：恒定真空中：恒定介质：取决于介质与频率介质：取决于介质与频率速度速度需要介质需要介质传播机械能及信息传播机械能及信息不需介质不需介质传播电磁能及信息传播电磁能及信息传播传播本身不是物质，本身不是物质，是运动形式的传播是运动形式的传播是一种客观存在的物质是一种客观存在的物质本质本质都是波，都会发生干涉、衍射等现象都是波，都会发生干涉、衍射等现象都满足关系：都满足关系：v=fv=f联系联系机械波机械波电磁波电磁波横横两两电电磁磁振荡频率振荡频率不同不同3 310108 8m/sm/sv/fv/f电磁电磁反射反射折射折射

11、衍射衍射干涉干涉多普勒效应多普勒效应介质与频率介质与频率四、电磁场的物质性四、电磁场的物质性（请同学们阅读教材并总结）（请同学们阅读教材并总结）五、麦克斯韦电磁场理论的意义五、麦克斯韦电磁场理论的意义（请同学们阅读教材并总结）（请同学们阅读教材并总结）电磁场有：电磁场有：能量、能量、 “光压光压”、运动的质量、运动的质量、动量（与其它物质相互作用）。动量（与其它物质相互作用）。1 1、实现电磁光的统一。、实现电磁光的统一。2 2、电磁场理论的建立过程为：、电磁场理论的建立过程为：“实践实践理论理论实践实践”，是物理发展史上的典型案例。是物理发展史上的典型案例。3 3、麦克斯韦电磁场理论，实现了

12、经典物理学向现代物、麦克斯韦电磁场理论，实现了经典物理学向现代物理学的重大转折。理学的重大转折。科学家简介科学家简介1 1、下列关于电磁波的叙述中，正确的是（、下列关于电磁波的叙述中，正确的是（ ）A.A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播 B.B.在任何介质中的传播速度均为在任何介质中的传播速度均为3 310108 8m/sm/sC.C.波由真空进入介质传播时，波长将变短波由真空进入介质传播时，波长将变短 D.D.波不能产生干涉、衍射现象波不能产生干涉、衍射现象 思考与讨论思考与讨论ACAC2 2根据麦克斯韦电磁理论，如下说法正确的根据麦克斯韦电磁理论，

13、如下说法正确的是是 A A变化的电场一定产生变化的磁场变化的电场一定产生变化的磁场B B均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场C C稳定的电场一定产生稳定的磁场稳定的电场一定产生稳定的磁场D D振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场3 3以下有关在真空中传播的电磁波的说法正以下有关在真空中传播的电磁波的说法正确的是确的是 A A频率越大，传播的速度越大频率越大，传播的速度越大B B频率不同，传播的速度相同频率不同，传播的速度相同C C频率越大，其波长越大频率越大，其波长越大D D频率不同频率不同, ,传播速度也不同传播速度也不同思

14、考与讨论思考与讨论4 4频率为频率为600 kHz600 kHz到到1.5 MHz1.5 MHz的电磁波其波长由的电磁波其波长由 m m到到m m 5 5某收音机调谐电路的可变电容器动片完全旋某收音机调谐电路的可变电容器动片完全旋入时，电容是入时，电容是390 PF390 PF，这时能接收到，这时能接收到520kHz520kHz的的无线电电波，动片完全旋出时，电容变为无线电电波，动片完全旋出时，电容变为39 PF39 PF，这时能收到的无线电电波的频率是这时能收到的无线电电波的频率是_10106 6 HzHz，此收音机能收到的无线电电波中，最短的，此收音机能收到的无线电电波中，最短的波长为波长

15、为_m_m（取三位有效数字）（取三位有效数字） 思考与讨论思考与讨论6 6LCLC回路中，电容器为回路中，电容器为C C1 1，线圈自感为，线圈自感为L L1 1设电磁波设电磁波的速度为的速度为c c，则，则LCLC回路产生电磁振荡时向外辐射电磁回路产生电磁振荡时向外辐射电磁波的波长为波的波长为( ). ( ). 思考与讨论思考与讨论7.7.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. 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. 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生变化的电场C.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. 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8.8.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