1、4.2 电磁场与电磁波电磁场与电磁波复习回顾复习回顾LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化，电路的状态与相应的物理量对应。电磁振荡分阻尼振荡和无阻尼振荡。LC振荡电路中电磁振荡的固有周期回路的周期 固有频率 LCT2LCf21情境导入情境导入电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？问题：情境导入情境导入电磁学之父：麦克斯韦简介 詹姆斯克拉克麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1847年进入爱丁堡大
2、学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。1873年出版的论电和磁，也被尊为继牛顿自然哲学的数学原理之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。问题思考问题思考 1.闭合电路中电流是怎样形成的？ 2.电磁波的特点是什么？新知探究新知探究一、电磁场一、电磁场变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。
3、电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。变化的磁场周围产生电场变化的电场周围产生磁场1、麦克斯韦假设的两大观点：、麦克斯韦假设的两大观点： 思考：思考：如右图如右图, ,交流电产生了周期变化的磁场交流电产生了周期变化的磁场, ,上面的线圈上面的线圈中产生电流使灯泡发光中产生电流使灯泡发光1、如果用不导电的塑料线绕制线圈、如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗线圈中还有电流电场吗?有电场有电场,无电流无电流2、线圈不存在时、线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗线圈所处的空间还有电场吗?有有3、若改成恒定的直流电、若改成恒定的直流电,还有电场吗还有电场吗?无无电磁场理论的理解电磁场理
4、论的理解变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场, ,是一种普遍存在的现象是一种普遍存在的现象, ,跟闭跟闭合电路是否存在无关合电路是否存在无关, ,导体环只是用来显示电流的存在。导体环只是用来显示电流的存在。说明说明: 1、在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的、在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的 (涡旋电场涡旋电场)。2、变化的磁场产生电场、变化的磁场产生电场”，这实际上是个假设。这，这实际上是个假设。这个假设基于电磁感应现象，是很自然的。个假设基于电磁感应现象，是很自然的。电场线电场线电磁场理论的理解电磁场
5、理论的理解变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场理解理解: (1) 电场均匀变化产生稳定磁场电场均匀变化产生稳定磁场 (2) 非均匀变化产生变化磁场非均匀变化产生变化磁场说明：说明：1、根据麦克斯韦理论、根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候在给电容器充电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。2、“变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。这个假设没有直接的实验做，这是另一个假设。这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创
6、造性。基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。 根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，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由近及远地向周围传播，形成了电磁波。2、电磁场与电磁波的概念3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:1、恒定的电场不产生磁场；2、恒定的磁场不产生电场；3、均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；4、均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；5、振荡电场产生同频率的振荡磁场；6、振荡磁场产生同频率的
7、振荡电场。典例精析关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（）A在电场周围空间一定存在着磁场B任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场C均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场D交变电场在它的周围空间一定产生同频率的交变磁场解析：A、均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，恒定的电场不会产生磁场，故A错误；BC、均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的磁场将产生非均匀变化的电场，恒定的磁场不会产生电场，故BC错误；D、电磁波是由变化的电磁场产生的，交变电场在它的周围空间一定产生同频率的交变磁场，故D正确；故选：D。变式训练 用实验证实了电磁波的存在，为无线电技
8、术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱的德国物理学家是（）A安培B麦克斯韦 C韦伯D赫兹解析：1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了麦克斯韦电磁理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱。故D正确，ABC错误。故选：D。技法点拨：技法点拨：麦克斯韦建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在赫兹用实验证实电磁波存在。二、电磁波二、电磁波4、电磁波的形成过程二、电磁波二、电磁波麦克斯韦预言光也是电磁波 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速c
9、，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是按电磁波规律传播的一种电磁振动。”。5、电磁波的特点：1、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直2、电磁波的传播不需要介质，波速v取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。c3.0108m/s电磁波电磁波机械波机械波不同点不同点在真空或介质中均可传播在真空或介质中均可传播一定要有介质才能传播一定要有介质才能传播传播速度与介质和频率有关（频率传播速度与介质和频率有关（频率越高
10、的电磁波在同一种介质中的传越高的电磁波在同一种介质中的传播速度越小）播速度越小）传播速度只由介质决定传播速度只由介质决定相同点相同点都会发生折射、反射、衍射、干涉现象都会发生折射、反射、衍射、干涉现象 f，两者都是周期性的，都是传播能量的过程，两者都是周期性的，都是传播能量的过程6、电磁波与机械波的区别、电磁波与机械波的区别 海因里希海因里希鲁道夫鲁道夫赫兹（赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857年年2月月22日日1894年年1月月1日），德国物理学家，于日），德国物理学家，于1888年首先证年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国实了电磁波的存在。并对
11、电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。际单位制单位赫兹以他的名字命名。 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，然而却建立了永年，然而却建立了永垂青史的功绩。垂青史的功绩。赫兹证实电磁波存在的实验装置实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。实验原理：当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速
12、变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。7、赫兹的电火花实验 微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。检波器检波器电磁波成果电磁波成果无线电报无线电报(1901)广播广播(1906)电话电话(1916)传真传真(1923)电视电视(1929)微波微波(1933)雷达雷达(1935)卫星通讯卫星通讯电子计算电子计算机因特网等都与电磁波理论相关。机因特网等都与电磁波理论相关。 1、在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、
13、偏振和衍射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。2、物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。赫兹的成就赫兹的成就科学漫步科学漫步麦克斯韦电磁场理论的建立麦克斯韦电磁场理论的建立 法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏格兰爱丁堡附近诞生了。他从小热爱科学，喜欢思考。1854年从剑桥大学毕业以后，他精心研读了法拉第的著作。麦克斯韦被法拉第关于“场”和“力线”的思想深深吸引，但他也看到了法拉第定性表述的弱点。因
14、此，这位初出茅庐的科学家下定决心，要把法拉第的物理思想用数学公式定量化地表达出来。 1860年初秋，麦克斯韦特意去拜访法拉第。两人虽然在年龄上相差40岁，在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。法拉第鼓励麦克斯韦：“你不应停留在用数学解释我的观点，而应该突破它！ 在麦克斯韦研究电磁现象的时候，科学家的研究已经从静止的、恒定的特殊情形扩展到运动变化的普遍情形；从孤立的电作用、磁作用扩展到彼此的联系。在这些研究的基础上，麦克斯韦历时10年终于建立了普遍的电磁场理论。 麦克斯韦首先从类比研究入手，借用适当的数学工具表述法拉第的“力线”；后来，为了进一步说明“力线”的分布和
15、性质，他转而建立新的模型并提出位移电流与电磁波的概念；最后，他把电磁场作为客体放在核心位置，总结出麦克斯韦方程组建立了完整的电磁场理论。麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组典例精析下列关于电磁波说法中正确的是（）A电磁波在真空中以光速c传播B电磁波是纵波C电磁波不能在空气中传播D光需要介质才能传播解：A、电磁波在真空中的传播速度等于光速c，故A正确；B、电磁波为横波，故B错误；C、电磁波可以在真空中传播，也可以在空气中传播，故C错误；D、光是一种电磁波，可以在真空中传播，不需要介质，故D错误。故选：A。变式训练电磁波和机械波具有的共同性质是（）A都是横波B都能够传输能量C传播都需要介质D在介质中的传播
16、速度都与波的频率有关解：A、电磁波都是横波，但机械波不一定，比如声波是纵波，故A错误；B、两种波都能传输能量，故B正确；C、电磁波能在真空中传播，不需要介质，而机械波不能在真空中传播，传播需要介质，故C错误；D、电磁波的传播速度与介质有关，还跟频率有关，不同频率的电磁波在同一介质中传播速度并不相同；但机械波在介质中的传播和波的频率无关，故D错误。故选：B。、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直 2、电磁波的传播不需要介质，波速v取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。c3.0108m/s技法点拨：技法点拨：课堂小结课堂小结 1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产生磁场。 2均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场。这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等，或者说磁感应强度(或电场强度)对时间变化率一定。 3不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场。再见再见
