高二物理下学期电磁场电磁波新人教版

电磁场和电磁波

1.电磁波与现代科技和人类生活的密切关系。在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要。

2.电磁波到底是什么？为什么它具有那么大的威力？它又是怎样产生的呢？它有哪些性质？是否具有波的共同特性？怎样利用它来传递各种信号？……研究电磁波应从电磁振荡开始。一、电磁振荡的产生GCSL实验：如图：先把开关板到电池组一边，给电容器充电。稍后再把开关板到线圈一边，让电容器通过线圈放电。1.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，叫振荡电流。2.能够产生振荡电流的电路叫振荡电路。如图所示是一种简单的振荡电路，称为LC振荡电路。3.LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化。it0T/4T/23T/4T二、LC回路的周期和频率三、电磁场19世纪60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。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，对人类社会发展产生了巨大而深远的影响。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。

麦克斯韦电磁场理论：（1）变化的磁场产生电场实验验证：按图连接线路。问1：小灯泡能否发光？问2：线圈中的电荷为什么能定向移动？问3：如果线圈断开，线圈中有电流、电场吗？问4：如果把线圈拿走，它原来所处的空间有电场吗？结论：变化的磁场产生电场。例1：如图所示，有一匝电阻为1Ω的闭合金属圆环a，面积为0.1m2,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b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。t/sB/T0440b220××××××××××××××××××××××××××××aabcdkLAB结论：振荡的磁场产生同频率振荡的电场例2：如图为旋转磁极式发电机，线圈的匝数为N，面积为S，在磁场中以角速度ω旋转，磁感应强度为B，整个闭个电路总电阻为R，从中性面开始计时，求线圈中感应电流的表达式？电磁场：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，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。（电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现）（2）变化的电场产生磁场麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的事实，提出大胆的假设：变化的电场也能产生磁场，并且通过严密的理论推导得以证明这一结论的正确性。小结：1.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；变化的电场能够在周围空间磁场。

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，形成一个不可分离的统一的场------电磁场。随堂练习：1、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B.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DBBEEEE1.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播开去。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LC振荡电路不能有效地发射电磁波？四、电磁波的产生++++−−−−普通的LC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，不能有效发射电磁波。问题：要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具有哪些特点？++++−−−−2.振荡电路必须具有如下特点：第一、要有足夠高的频率。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比）3.由闭合电路变成开放电路实验：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。即成为开放电路。−−−+++λzyxBE沿Z轴传播的电磁波在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磁波的波长。（波峰、波谷的意义）（3）在传播方向上任一点E和B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直，因此电磁波是横波。3、电磁波的特点4.电磁波在空间以一定的速度传播，其波长λ、频率f、和波速v的关系遵从波动的一般关系机械波的波长、频率、波速三者之间的关系是怎样的？v=λT=λ∙f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。即电磁波在真空中的传播速度C=3.0×108m/s这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，电磁能就随之一起传播。问题：机械波传播需要介质吗？电磁波传播需要介质吗？机械波产生的机理是什么？电磁波产生的机理是什么？6.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（1888年）小结：1.发射电磁波，振荡电路必须（1）振荡频率要高（2）开放电路2.电磁波的特点（1）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。（3）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。3.赫兹用实验证实了麦克斯韦电磁理论。随堂练习：1.关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的是（）A.频率越高，传播速度越大B.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D.频率、波长、能量的强弱都不影响电磁波的传播速度D2.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的磁场B.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，且与波的传播方向垂直C.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1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。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“预想”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，过了一个多小时，火花还是没有迸发出来。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，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。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，现在他想证明电磁波具有像光一样的反射性能，他打算把反射的电磁波记录下来，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，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。发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。

在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问