電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)課件

1、電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)第三章第三章 電磁振蕩電磁振蕩 電磁波電磁波電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)英國(guó)物理學(xué)家英國(guó)物理學(xué)家 麥克斯韋是繼法拉第之后，麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家。他集電磁學(xué)大成的偉大科學(xué)家。他依據(jù)庫(kù)侖、高斯、歐姆、安培、依據(jù)庫(kù)侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又質(zhì)的統(tǒng)一性，完

2、成了物理學(xué)的又一次大綜合。這一理論自然科學(xué)一次大綜合。這一理論自然科學(xué)的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)的基礎(chǔ)。電子工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)的基礎(chǔ)。 電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)討論交流討論交流 在通有振蕩電流的線圈在通有振蕩電流的線圈L L中，中，放一個(gè)小閉合導(dǎo)線回路放一個(gè)小閉合導(dǎo)線回路l l，如圖，如圖所示。所示。l l回路中會(huì)出現(xiàn)電流嗎？回路中會(huì)出現(xiàn)電流嗎？若出現(xiàn)電流，那么是什么力推動(dòng)若出現(xiàn)電流，那么是什么力推動(dòng)電荷做定向運(yùn)動(dòng)形成電流的？電荷做定向運(yùn)動(dòng)形成電流的？ （1）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)說(shuō)明了什么？）線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)說(shuō)明了什么？ 麥克斯韋認(rèn)為變化

3、的磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種電場(chǎng)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動(dòng)，引起了感應(yīng)電流電場(chǎng)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動(dòng)，引起了感應(yīng)電流。 （2）如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會(huì)有電流、如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會(huì)有電流、電場(chǎng)嗎？電場(chǎng)嗎？ 有電場(chǎng)、無(wú)電流。有電場(chǎng)、無(wú)電流。 （3）想象線圈不存在時(shí)線圈所在處的空間還有電場(chǎng)嗎？想象線圈不存在時(shí)線圈所在處的空間還有電場(chǎng)嗎？ 有有 ！電磁場(chǎng)和電磁波(上課用) 麥克斯韋認(rèn)為麥克斯韋認(rèn)為線圈線圈只只不過(guò)用來(lái)不過(guò)用來(lái)顯示電場(chǎng)的存在顯示電場(chǎng)的存在，線圈不存在時(shí)，線圈不存在時(shí)，變化的磁變化的磁場(chǎng)

4、同樣在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)同樣在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)場(chǎng)，即這是一種普遍存在，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，跟閉合電路是否跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)存在無(wú)關(guān)。偉大的預(yù)言偉大的預(yù)言一、麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè)一、麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè) 1、變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng) 電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論麥克斯韋電磁場(chǎng)理論（1 1）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)場(chǎng)均勻變化均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的電場(chǎng)的電場(chǎng)BtOEtO電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論麥克斯韋電磁場(chǎng)理論（1 1）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)場(chǎng)振蕩振蕩

5、磁場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)產(chǎn)生振蕩振蕩電場(chǎng)電場(chǎng)BO正弦曲線正弦曲線振蕩振蕩磁場(chǎng)磁場(chǎng)EO振蕩振蕩電場(chǎng)電場(chǎng)E E與與B B頻率相同頻率相同tt電磁場(chǎng)和電磁波(上課用) 2變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng) 既然變化的磁場(chǎng)可以在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，既然變化的磁場(chǎng)可以在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)那么變化的電場(chǎng)能不能夠能不能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)？在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)？麥克斯韋認(rèn)為，在麥克斯韋認(rèn)為，在LCLC振蕩電路中當(dāng)電容器充、振蕩電路中當(dāng)電容器充、放電的時(shí)，不但導(dǎo)線中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且放電的時(shí)，不但導(dǎo)線中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且在電容器間，由于兩極板電荷的變化使電場(chǎng)發(fā)生在電容器間，

6、由于兩極板電荷的變化使電場(chǎng)發(fā)生變化，變化的電場(chǎng)也要產(chǎn)生磁場(chǎng)變化，變化的電場(chǎng)也要產(chǎn)生磁場(chǎng). .BiE增大B電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)、麥克斯圍電磁場(chǎng)理論、麥克斯圍電磁場(chǎng)理論（2 2）變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁）變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)場(chǎng)均勻變化均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定穩(wěn)定的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)EtOBtO電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)、麥克斯圍電磁場(chǎng)理論、麥克斯圍電磁場(chǎng)理論（2 2）變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁）變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)場(chǎng)振蕩振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)產(chǎn)生振蕩振蕩磁場(chǎng)磁場(chǎng)EO正弦曲線正弦曲線振蕩振蕩電場(chǎng)電場(chǎng)BO振蕩振蕩磁場(chǎng)磁場(chǎng)B B與與E E頻率相同頻率相同電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解:（1）恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)

7、（2）恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)（3）均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)（4）均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)（5）振蕩電場(chǎng)( (即周期性變化的即周期性變化的) )產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)（6）振蕩磁場(chǎng)( (即周期性變化的即周期性變化的) )產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)二、電磁場(chǎng)二、電磁場(chǎng) 麥克斯韋根據(jù)上述兩個(gè)基本假設(shè)，進(jìn)一麥克斯韋根據(jù)上述兩個(gè)基本假設(shè)，進(jìn)一步指出：如果在空間某域有不均勻變化的電步指出：如果在空間某域有不均勻變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周?chē)臻g引場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周?chē)臻g引起變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周?chē)鹱兓拇艌?chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它

8、周?chē)臻g引起變化的電場(chǎng)空間引起變化的電場(chǎng)于是，變化的電場(chǎng)于是，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場(chǎng)一體，稱為電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)三、電磁波三、電磁波 1 由變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的電由變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生而形成的電磁場(chǎng)是由近及遠(yuǎn)傳播。這種變化的電磁場(chǎng)在磁場(chǎng)是由近及遠(yuǎn)傳播。這種變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播稱為電磁波?？臻g的傳播稱為電磁波。 2 2 電磁波與機(jī)械波不同，不需要介質(zhì)，可以電磁波與機(jī)械波不同，不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。電磁波的速度等于光速！光在真空中傳播。電磁波的速度等于光

9、速！光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)（2 2）電磁波可以在）電磁波可以在真空真空中傳播。中傳播。光是一種電磁波。光是一種電磁波。傳播速度為：傳播速度為：c=3=310 10 8 8m/sm/s（3 3）電磁波也會(huì)發(fā)生）電磁波也會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、反射、折射、干涉、衍射、 多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)和和偏振偏振現(xiàn)象?，F(xiàn)象。（4 4）電磁波有）電磁波有能量能量。3、電磁波的特點(diǎn)：、電磁波的特點(diǎn)：（1）電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波在與）電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。二者均垂直的方向傳播

10、，所以電磁波是橫波。電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)四、赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)四、赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)德國(guó)科學(xué)家。赫茲對(duì)人德國(guó)科學(xué)家。赫茲對(duì)人類的最大貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)類的最大貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。證實(shí)了電磁波的存在。（1 1）麥克斯韋預(yù)言麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在：電磁波的存在：（2 2）赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在：電磁波的存在：令人振奮的電火花令人振奮的電火花1 1、試驗(yàn)裝置：、試驗(yàn)裝置：a.a.連接感應(yīng)圈的兩個(gè)金屬球。連接感應(yīng)圈的兩個(gè)金屬球。b.b.導(dǎo)線環(huán)上的兩個(gè)金屬球。導(dǎo)線環(huán)上的兩個(gè)金屬球。電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)2 2、試驗(yàn)現(xiàn)象：、試驗(yàn)現(xiàn)象： 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

11、個(gè)小球當(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。間也跳過(guò)了火花。3 3、現(xiàn)象解釋：、現(xiàn)象解釋： 當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，立刻產(chǎn)生了一個(gè)當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，立刻產(chǎn)生了一個(gè)交變電磁場(chǎng)，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線環(huán)時(shí)激發(fā)出交變電磁場(chǎng)，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線環(huán)時(shí)激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了 電磁場(chǎng)和電磁波(上課用) 3 3實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：證明電磁波存在，

12、為麥證明電磁波存在，為麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)克斯韋的電磁場(chǎng)理論奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 赫茲觀察到了電磁波的反射赫茲觀察到了電磁波的反射, ,折射折射, ,干干涉涉, ,偏振和衍射等現(xiàn)象偏振和衍射等現(xiàn)象. .他還測(cè)量出電磁波和光有相同的速度他還測(cè)量出電磁波和光有相同的速度. .這樣赫茲證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電這樣赫茲證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論磁理論. .電磁場(chǎng)和電磁波(上課用) 5.電磁波與機(jī)械波比較：電磁波與機(jī)械波比較： 傳播條件傳播條件機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波不需要介質(zhì)也能傳播。不需要介質(zhì)也能傳播。 傳播規(guī)律傳播規(guī)律都遵循都遵循“V=f

13、=/T”這個(gè)關(guān)系式；這個(gè)關(guān)系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。涉等現(xiàn)象。 傳播本質(zhì)傳播本質(zhì)機(jī)械波傳播的是機(jī)械能，電磁波機(jī)械波傳播的是機(jī)械能，電磁波傳播的是電磁能。傳播的是電磁能。電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化關(guān)系非均勻非均勻變化磁變化磁場(chǎng)場(chǎng)激發(fā)變化電場(chǎng)均勻變化激發(fā)穩(wěn)定磁場(chǎng)不在激發(fā)若非均勻變化激發(fā)變化磁場(chǎng)均勻變化激發(fā)穩(wěn)定電場(chǎng)非均勻變化電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)小結(jié)小結(jié)一、一、 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論麥克斯韋電磁場(chǎng)理論1 1變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)2 2變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)3 3電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)傳播傳播電磁波電磁波4

14、4、電磁波不需介質(zhì)，以光速傳播。、電磁波不需介質(zhì)，以光速傳播。二、赫茲證實(shí)：二、赫茲證實(shí)：1 1、電磁場(chǎng)、電磁波的存在。、電磁場(chǎng)、電磁波的存在。2 2、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn) 象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)【練習(xí)】 1根據(jù)麥克斯韋電磁理論，下列說(shuō)法中正確的是根據(jù)麥克斯韋電磁理論，下列說(shuō)法中正確的是A變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)B均勻變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)C穩(wěn)定的電場(chǎng)一定產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)穩(wěn)定的電場(chǎng)一定產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)D振蕩的電場(chǎng)一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)。振蕩的電場(chǎng)一定產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)。答案答案:D電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)2.下列說(shuō)法正確的是( ) A.恒定電流能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng) B.穩(wěn)定電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng) C.均勻變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生穩(wěn)定 的磁場(chǎng) D.均勻變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)，形成由 近及遠(yuǎn)的電磁波AC電磁場(chǎng)和電磁波(上課用)3.3.當(dāng)電磁波的頻率增加時(shí)，它在真空中的速度將當(dāng)電磁波的頻率增加時(shí)，它