第二節(jié)電磁場(chǎng)與電磁波

第二節(jié)電磁場(chǎng)與電磁波第1頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一偉大的英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋（1831－1879）。在總結(jié)了前人的大量研究成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)論證，展開了大膽的猜想與假設(shè)，建立了具有劃時(shí)代意義的電磁場(chǎng)理論，并且預(yù)言了電磁波的存在第2頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想1.根據(jù)：前人的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，在變化的磁場(chǎng)中放置一個(gè)閉合電路，電路中將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這是我們熟悉的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。第3頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2．麥克斯韋認(rèn)為：電路里產(chǎn)生感應(yīng)電流，是由于導(dǎo)體中的自由電荷受到電場(chǎng)力的驅(qū)使而做定向移動(dòng)，說(shuō)明電路所在的空間存在電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)引起的。―――――變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)是一種普遍存在的現(xiàn)象。

第4頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．學(xué)生討論與交流：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)與我們熟悉的靜電場(chǎng)有何不同？靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線是由正電荷出發(fā)，終止于負(fù)電荷，是不閉合的。而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)沒有起點(diǎn)也沒有終點(diǎn)，是閉合的“旋渦電場(chǎng)”第5頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4．提出：變化的電場(chǎng)能否也產(chǎn)生磁場(chǎng)？三個(gè)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證：（1）靜止電荷周圍的小磁針不偏轉(zhuǎn)（2）運(yùn)動(dòng)電荷周圍的小磁針偏轉(zhuǎn)（3）電容器充電時(shí)周圍的小磁針發(fā)生擺動(dòng)麥克斯韋認(rèn)為：靜止電荷周圍是穩(wěn)定的電場(chǎng)，不產(chǎn)生磁場(chǎng)；而電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，周圍的小磁針擺動(dòng)說(shuō)明小磁針?biāo)谔幃a(chǎn)生了另一個(gè)磁場(chǎng)，使小磁針擺動(dòng)，這個(gè)磁場(chǎng)是由電荷運(yùn)動(dòng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)而引起的。―――――變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)是一種普遍存在的現(xiàn)象。第6頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5．學(xué)生討論與交流：磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象有哪些相似之處？自然界中有正負(fù)兩種電荷，同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。自然界中也只有南北兩種磁極，同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引。奧斯特發(fā)現(xiàn)電能生磁，法拉第發(fā)現(xiàn)磁能生電，麥克斯韋正是相信電場(chǎng)與磁場(chǎng)有對(duì)稱之美，才從“變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)”聯(lián)想到“變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)”，并提出了大膽的假設(shè)！第7頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想：（1）均勻變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）（2）非均勻變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）產(chǎn)生變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）。（3）按三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）產(chǎn)生同頻率的三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）（4）變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)第8頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二：電磁波的產(chǎn)生及其特點(diǎn)1.電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場(chǎng)，這個(gè)變化的電場(chǎng)就會(huì)在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起周期性的電場(chǎng)……這樣變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)就不局限于空間某區(qū)域。而是由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播出去，電磁波這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成電磁波第9頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.電磁波的特點(diǎn)（1）電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播。因此電磁波是橫波（2）兩個(gè)相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于電磁波的波長(zhǎng)。電磁波在空間以一定的速度傳播，經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的時(shí)間，傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離。即其波長(zhǎng)λ，頻率?（周期Τ），波速υ之間遵循的關(guān)系：υ＝λ/Τ=λ?

（3）電磁波的頻率即為電磁振蕩的頻率，它由波源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)。電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空傳播速度，c＝3.0×108m/s（4）電磁波與機(jī)械波一樣，也能產(chǎn)生反射，折射，干涉，衍射等現(xiàn)象，也是傳播能量的一種形式。（5）電磁波傳播不需要借助于任何介質(zhì)，在真空中也能傳播，因?yàn)殡姶挪ǖ膫鞑ナ且揽侩妶?chǎng)和磁場(chǎng)的相互激發(fā)，而不是依靠物質(zhì)的機(jī)械傳遞。第10頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．學(xué)生討論與交流：從電磁波的特點(diǎn)出發(fā)，你認(rèn)為電磁場(chǎng)是客觀存在的嗎？根據(jù)電磁波的特點(diǎn)中的第（5）點(diǎn)可知，電磁場(chǎng)本身就是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，無(wú)需借助其他物質(zhì)來(lái)傳播

第11頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三：電磁場(chǎng)的物質(zhì)性1.幾種特殊電磁波的例子：（1）微波爐是利用電磁波進(jìn)行加熱食物。說(shuō)明電磁場(chǎng)具有能量。（2）俄國(guó)物理學(xué)家列別捷夫測(cè)量除光對(duì)被照射的物體有壓力。2.結(jié)論：電磁波具有運(yùn)動(dòng)能量，以及與其他物質(zhì)相互作用的屬性，都是物質(zhì)的性質(zhì)。電磁波具有物質(zhì)一般性質(zhì)的同時(shí)，也具有特殊的性質(zhì)。第12頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（四）：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的意義1.電磁場(chǎng)理論的建立，經(jīng)歷了“實(shí)踐――理論――實(shí)踐”這一科學(xué)發(fā)展的過(guò)程是物理學(xué)發(fā)展史上的典型案例。2.麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，實(shí)現(xiàn)了從經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)的重大轉(zhuǎn)折。第13頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一習(xí)題1.下列有關(guān)電磁場(chǎng)的說(shuō)法中,正確的是A.變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)B.變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生磁場(chǎng)C.變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)D.周期性變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)（BD）2．下面說(shuō)法正確的是A.恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)B.均勻變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)C.靜止電荷能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)D.變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相激發(fā)，形成由近及遠(yuǎn)傳播的電磁場(chǎng)（BD）第14頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．關(guān)于電磁場(chǎng)的下列說(shuō)法中正確的是A任何變化的電場(chǎng)都會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)B任何變化的磁場(chǎng)都會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C只有非均勻變化的磁場(chǎng)才會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)D只有非均勻變化的電場(chǎng)才會(huì)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)4．空間某處存在一個(gè)變化的磁場(chǎng)，正確的是A在變化的磁場(chǎng)周圍一定能產(chǎn)生變化的電場(chǎng)B在磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合線圈，線圈一定有感應(yīng)電流C在磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合線圈，線圈不一定有感應(yīng)電流D變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，跟閉合線圈的存在與否沒有關(guān)系（CD）

（CD）第15頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5．關(guān)于聲波和電磁波的比較，下列說(shuō)法正確的是A.聲波是由生源產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)向遠(yuǎn)處的傳播，電磁波是由場(chǎng)源產(chǎn)生的電磁場(chǎng)向遠(yuǎn)處的傳播B.聲波只是在介質(zhì)中傳播，電磁波可以在真空中傳播C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí)，聲波的傳播速度變大，電磁波的傳播速度變小D.由水中進(jìn)入空氣時(shí)，聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，電磁波的波長(zhǎng)變短6.在經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展史中，出現(xiàn)過(guò)四個(gè)里程碑式的人物：伽利略，牛頓，法拉第和麥克斯韋。愛因斯坦認(rèn)為他們同樣偉大，你如何理解？查找相關(guān)的資料，寫一篇報(bào)告。（ABC）第16頁(yè)，共18頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四：小結(jié)本章的主要內(nèi)容1．麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想：（1）均勻變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）。（2）非均勻變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）產(chǎn)生變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）。（3）按三角函數(shù)規(guī)律變化的振蕩磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）產(chǎn)生同頻率的三角函數(shù)