第二節(jié)電磁場(chǎng)和電磁波

第二節(jié)電磁場(chǎng)和電磁波第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

奧斯特

法拉第電流的磁效應(yīng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)偉大的預(yù)言麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論要點(diǎn)——偉大的預(yù)言第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁場(chǎng)理論的核心之一變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)為證如右圖,交流電產(chǎn)生了周期變化的磁場(chǎng),上面的線圈中產(chǎn)生電流使燈泡發(fā)光討論:如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈,線圈中還有電流電場(chǎng)嗎?線圈不存在時(shí),線圈所處的空間還有電場(chǎng)嗎?若改成恒定的直流電,還有電場(chǎng)嗎?有電場(chǎng),無(wú)電流有無(wú)1.變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)叫感應(yīng)電場(chǎng)（渦流電場(chǎng)），電場(chǎng)線是閉合的。2.靜止電荷周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)叫靜電場(chǎng)，電場(chǎng)線由正電荷起到負(fù)電荷終止，不是閉合的。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)(渦旋電場(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。第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

總結(jié)：麥克斯韋認(rèn)為線圈只不過(guò)用來(lái)顯示電場(chǎng)的存在，線圈不存在時(shí)，變化的磁場(chǎng)同樣在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng),是一種普遍存在的現(xiàn)象,跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān),導(dǎo)體環(huán)只是用來(lái)顯示電流的存在說(shuō)明:在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的

(渦旋電場(chǎng))電場(chǎng)線楞次定律的復(fù)習(xí)：線圈中的磁場(chǎng)增強(qiáng)電場(chǎng)線方向如何？第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁場(chǎng)理論的核心之二:

變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)麥克斯韋假設(shè):變化的電場(chǎng)就像導(dǎo)線中的電流一樣,會(huì)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng),即變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)洞察力：麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，相信電場(chǎng)和磁場(chǎng)的對(duì)稱美．第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)麥克斯韋理論,在給電容器充電的時(shí)候,不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng),而且在電容器兩極板間變化著的電場(chǎng)周?chē)惨a(chǎn)生磁場(chǎng)理解:(1)

電場(chǎng)均勻變化產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)

(2)非均勻電場(chǎng)變化產(chǎn)生變化磁場(chǎng)Bi＋＋＋＋E增大B第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解:恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)（靜止的電荷不產(chǎn)生磁場(chǎng)）恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)（E=NS△B/△t)均勻變化的電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)周期性變化的電場(chǎng)（磁場(chǎng)）叫振蕩電場(chǎng)（磁場(chǎng)）第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一非均勻變化磁場(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)非均勻變化電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化關(guān)系第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁波

電磁波:電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播就是電磁波.

電磁場(chǎng)；麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果在空間某域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么，這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周?chē)臻g產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周?chē)臻g產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)……?？梢?jiàn)，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

赫茲德國(guó)物理學(xué)家。1857年生于漢堡。1876年入德累斯頓工學(xué)院學(xué)習(xí)工程，由于對(duì)自然科學(xué)的愛(ài)好，轉(zhuǎn)入慕尼黑大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理，第二年又轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，1880年獲得博士學(xué)位。1883～1894年先后在基爾大學(xué)、卡爾斯魯厄大學(xué)和波恩大學(xué)物理學(xué)教授。1894年1月1日因血中毒在波恩逝世，時(shí)年36歲。為了紀(jì)念他發(fā)現(xiàn)電磁波的卓越貢獻(xiàn)，將頻率的單位命名為赫茲(HZ)。實(shí)驗(yàn)論證

第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三．赫茲的電火花麥克斯韋英年早逝，沒(méi)有見(jiàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)電磁場(chǎng)理論的證明。把天才的預(yù)言變成世人公認(rèn)的真理，這是赫茲的功勞。第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、赫茲的實(shí)驗(yàn)：赫茲在人類(lèi)歷史上首先捕捉到了電磁波第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一科學(xué)成就

赫茲的主要貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，并測(cè)出電磁波傳播的速度跟光速相同，還進(jìn)一步觀察到電磁波具有聚焦、直進(jìn)、反射、折射，干涉，衍射和偏振等性質(zhì)。遺憾的是，在赫茲用實(shí)驗(yàn)成功地證明了麥克斯韋所預(yù)言的電磁波時(shí)，天才的麥克斯韋．已于9年前離開(kāi)了人世.

1896年3月24日，俄國(guó)著名物理學(xué)家波波夫用“海因里?！?shù)婪颉ず掌潯边@一串字母，拍發(fā)了世界上第一份電報(bào)。第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁波的特點(diǎn):(1)電磁波是橫波,電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B做正弦規(guī)律,二者相互垂直,均與波的傳播方向垂直(2)電磁波可以在真空中傳播,速度和光速相同.v=λf，不同f的電磁波在同一介質(zhì)中傳播速度不同。(3)電磁波具有波的特性(產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等波的現(xiàn)象）而且從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)頻率不變。（4）電場(chǎng)儲(chǔ)存電能、磁場(chǎng)儲(chǔ)存磁能，電磁場(chǎng)儲(chǔ)存電磁能，電磁波的發(fā)射過(guò)程是輻射能量的過(guò)程第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁波和機(jī)械波的比較機(jī)械波電磁波對(duì)象周期性變化的量傳播產(chǎn)生干涉、衍射橫波、縱波研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象位移,加速度隨時(shí)間和空間周期性變化E和B隨時(shí)間和空間周期性變化需介質(zhì)，v只與介質(zhì)有關(guān)，與f無(wú)關(guān)不需介質(zhì)，v與介質(zhì)和f都有關(guān)。真空中為C。由質(zhì)點(diǎn)（波源）的振動(dòng)產(chǎn)生的由周期性變化的電流（電磁振蕩）產(chǎn)生的可以發(fā)生可以發(fā)生皆有只是橫波第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁波小結(jié):1．變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)。2．均勻變化的磁場(chǎng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。這里的“均勻變化”指在相等時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度(或電場(chǎng)強(qiáng)度)的變化量相等，或者說(shuō)磁感應(yīng)強(qiáng)度(或電場(chǎng)強(qiáng)度)對(duì)時(shí)間變化率一定。3．不均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，不均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)4．變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)，向周?chē)臻g傳播這就是電磁波。第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一幾點(diǎn)注意:

（3）電磁場(chǎng)中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播。因此電磁波是橫波。

（2）頻率不同的電磁波波長(zhǎng)不同；

（1）電磁波傳播不需要任何介質(zhì)；（4）電磁場(chǎng)具有電磁能，電磁波在空間傳播，電磁能就隨之一起傳播。（5）麥克斯韋從理論上預(yù)見(jiàn)：電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度。即電磁波在真空中的傳播速度C=3.0×108m/s這個(gè)預(yù)見(jiàn)后來(lái)得到了證實(shí)（6）赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋理論的正確性（1888年）（7）電磁波在空間以一定的速度傳播，其波長(zhǎng)λ、頻率f、和波速v的關(guān)系遵從波動(dòng)的一般關(guān)系v=λT=λ?f第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一隨堂練習(xí)：1.關(guān)于電磁波在真空中的傳播，下列說(shuō)法中正確的是（）

A.頻率越高，傳播速度越大

B.波長(zhǎng)越長(zhǎng)，傳播速度越大

C.電磁波的能量越大，傳播的速度越大

D.頻率、波長(zhǎng)、能量的強(qiáng)弱都不影響電磁波的傳播速度D第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.關(guān)于電磁波和電磁場(chǎng)，下列說(shuō)法中正確的是（）

A.均勻變化的電場(chǎng)在它的周?chē)臻g產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)

B.電磁波中每一處的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是互相垂直的，且與波的傳播方向垂直

C.電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播

D.只要空間某區(qū)域有振蕩的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波B第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一題型分類(lèi)一：對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解1.關(guān)于麥克斯韋理論，正確的（）A；在電場(chǎng)的周?chē)臻g一定產(chǎn)生磁場(chǎng)B；任何變化的電場(chǎng)周?chē)臻g一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)C；均勻變化的電場(chǎng)周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)D；振蕩電場(chǎng)在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)（電場(chǎng))性質(zhì)是由電場(chǎng)（磁場(chǎng)）的變化情況決定的D第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二：感生電場(chǎng)的方向2.某空間出現(xiàn)如圖的一組閉合的電場(chǎng)線，可能（）A；沿AB方向磁場(chǎng)在迅速減弱B；沿AB方向磁場(chǎng)在迅速增加C；沿BA方向磁場(chǎng)在迅速減弱D；沿BA方向磁場(chǎng)在迅速增加AD楞次定律的應(yīng)用：增反減同AB感應(yīng)B第25頁(yè)，共26頁(yè)，20