第4節(jié)電和磁的完美統(tǒng)一

1、第4節(jié)電和磁的完美統(tǒng)學(xué)習(xí)2知道什1了解歷史上超距作用與近距作用之爭，知道場是物質(zhì)存在的形式之一.么是電磁波了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，體會其在物理學(xué)發(fā)展中的意義.（重點(diǎn)+難點(diǎn)）3.認(rèn)識科學(xué)假說在物理學(xué)發(fā)展中的重大作用體會統(tǒng)一與對稱思維方法在麥克斯 韋電磁場理論中的應(yīng)用.體會實驗驗證在物理理論發(fā)展中的地位和作用.新I知探究一、“場”概念的建立過程在牛頓以前，沒有接觸的物體間發(fā)生相互作用有：“近距作用”和“超距作用”之爭.近距作用認(rèn)為相互作用是通過一種中間媒介“以太”丄傳遞的.萬有引力定律的成功建立，并未發(fā)現(xiàn)“以太”.隨著電磁學(xué)的發(fā)展，英國科學(xué)家法拉第根據(jù)實驗事實，提出了電磁作用是“近距作用

2、”的學(xué)說，認(rèn)為在電荷或磁體周圍存在著“場”，_場是一種物質(zhì)，又不同于實物，它可以相互滲透.現(xiàn)代生活中，人們已經(jīng)接受了“場”這種物質(zhì)，它就存在于我們生活的空間，電視、手機(jī)、電腦等都在利用著這種物質(zhì).二、麥克斯韋的預(yù)言1. 麥克斯韋申磁理論：變化的電場在周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場在周圍產(chǎn)生申場，均勻變化的電場（磁場）在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場（電場），非均勻變化的電場（磁場）在周圍空間產(chǎn)生變化 的磁場（電場）.振蕩的電場（磁場）在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩的磁場 （電場）.2. 電磁場：變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場，變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生電場于是，變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，構(gòu)成一個完整的整體，這就是

3、電磁場.3電磁波：電磁場由近及遠(yuǎn)地傳播，形成電磁波.電場具有電場能，磁場具有磁場能，電磁場具有電磁能,電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程，電磁波在空間傳播， 電磁能就隨之一起傳播.4.電、磁、光的統(tǒng)一：電磁波的傳播速度等于光速，從而預(yù)言光也是電磁波.三、赫茲的求證在麥克斯韋建立電磁場理論后 20多年，年青的德國物理學(xué)家赫茲第二次用實驗證實了電磁 波的存在.他還測定了電磁波的波長、頻率，得到電磁波的傳播速度， 證實了這個速度等于光速，還進(jìn)一步證明，電磁波和其他的波一樣，能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射、偏振等， 充分證實了麥克斯韋的電磁場理論.四、電磁場理論的意義“場”的理論的出現(xiàn)， 很快就否定了“

4、以太”學(xué)說,場本身就是物質(zhì)，傳播的過程根本就不需要其他的物質(zhì)作媒介, 這也是電磁波與機(jī)械波的最大不同.電磁波的證實，推動了無線電的發(fā)展，電報、廣播、電視、電腦的發(fā)明和應(yīng)用，使人們在瞬息間就能知道世界各地發(fā)生的 任何事情.人類文明得到廣泛傳播，知識迅速普及.多維課:師牛0知識點(diǎn)麥克斯韋電磁場理論的理解1. 理論的實驗基礎(chǔ)實驗裝置如圖甲所示，當(dāng)穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中串聯(lián)的燈泡發(fā)光, 說明線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流.（1）如圖乙所示，麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉 合電路（導(dǎo)體環(huán)）是否存在無關(guān)導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在.在變化的磁場中所產(chǎn)生的電

5、場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的.2. 理論的理解（1）變化的電場周圍空間產(chǎn)生磁場可結(jié)合電流的磁效應(yīng)理解，電流周圍存在著磁場. 把電流看作是定向運(yùn)動的電荷，電荷周圍存在著電場，運(yùn)動的電荷周圍存在著變化（運(yùn)動）的電場，因此說：變化的電場周圍空間產(chǎn)生磁場.（2）變化的磁場周圍空間產(chǎn)生電場可結(jié)合電磁感應(yīng)現(xiàn)象理解， 閉合電路處在變化的磁場中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流是電荷的定向移動，是什么力量推動電荷定向移動呢？是環(huán)形電場.因此說：變化的磁場周圍空間產(chǎn)生電場.3. 怎樣理解電磁波（1）電磁波就是變化的電磁場，是動態(tài)的，不是靜電場和靜磁場的簡單組合.（2）電磁波是物質(zhì)的，傳播不需要介質(zhì)，是橫波

6、，交替出現(xiàn)的電場方向、磁場方向及電磁波 的傳播方向三者都互相垂直，電磁波的傳播過程也是傳遞電磁場的能量的過程.電磁波的波長、波速、頻率的關(guān)系為v=入,f電磁波在真空中傳播的速度為3x 108 m/s.（4）發(fā)射電磁波是為了利用它傳遞某種信號，像文字、聲音、圖像等.旳忖 有關(guān)電磁場和電磁波的下列說法中正確的是（）A. 電場周圍一定存在磁場B .磁場周圍一定存在電場C.變化電場周圍一定存在磁場D .變化磁場周圍一定存在變化電場解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場， 均勻變化的磁（電）場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電（磁）場.周期性變化的磁（電）場周圍產(chǎn)生同頻率的周期 性變化

7、的電（磁）場，可知只有C項正確.答案C下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是（）A .只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B .電磁波傳播需要介質(zhì)C.停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波不能獨(dú)立存在 D .電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的 解析：選D.對電磁波的產(chǎn)生機(jī)制及傳播途徑要搞清，如果電場（或磁場）是均勻變化的，產(chǎn)生的磁場（或電場）是恒定的，就不能產(chǎn)生新的電場（或磁場），也就不能產(chǎn)生電磁波.電磁波不同于機(jī)械波，它的傳播不需要介質(zhì)，故應(yīng)選D.驟育語鞏固提升以練ts學(xué)樸短揚(yáng)長.隨堂檢測1電磁場理論是誰提出的 （）A .法拉第B.麥克斯韋C.赫茲D.安培解析：選B.電磁場理論是英國物理

8、學(xué)家麥克斯韋于19世紀(jì)60年代提出的.2. 電磁場理論預(yù)言了什么 （）A .預(yù)言了變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場 B .預(yù)言了變化的電場能夠在周圍產(chǎn)生磁場C.預(yù)言了電磁波的存在，電磁波在真空中的速度為光速D .預(yù)言了電能夠產(chǎn)生磁，磁能夠產(chǎn)生電解析：選 C.電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在，并且提出，光也是一種電磁波，電磁波的傳 播速度等于光速.3. 第一個用實驗證實電磁波存在的物理學(xué)家是（）A .赫茲B.愛因斯坦C.麥克斯韋D.法拉第解析：選A.1888年，德國物理學(xué)家赫茲通過實驗證實了電磁波的存在.4. 下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是（）A .電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B .電磁波

9、在任何介質(zhì)中傳播速度均為3X 108 m/sC.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)傳播時，波速不變D .電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析：選A.電場、磁場相互激發(fā)并向外傳播，形成電磁波，選項A正確.電磁波只有在真空中波速為3x 108 m/s，在其他介質(zhì)中均小于3x 108 m/s,選項B錯.光從真空進(jìn)入介質(zhì)，波速減小，所以選項 C錯.電磁波具有波的一切性質(zhì)，能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象.故選項D錯.5. 如圖所示，A為某火箭發(fā)射場，B為山區(qū)，C為城市.為了轉(zhuǎn)播火箭發(fā)射的實況，在發(fā) 射場建立了發(fā)射臺用于發(fā)射廣播與電視信號.已知傳輸無線電廣播所用的電磁波波長為550米，而傳輸電視信號所用的電磁波波長為0.566米，為

10、了不讓山區(qū)擋住信號的傳播，使城市居民能收聽和收看火箭發(fā)射的實況，必須通過建在山頂上的轉(zhuǎn)發(fā)站來轉(zhuǎn)發(fā)（選填或“無線電廣播信號”答案：電視信號電視信號的波長短，沿直線傳播，受山坡阻擋，不易發(fā)生衍射課時作業(yè)、選擇題1. 第一個提出了“場”的思想的科學(xué)家是（）A .麥克斯韋B.赫茲C.法拉第D.安培解析：選C. “場”的思想是英國物理學(xué)家法拉第最早提出的.2. 根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，下列說法中正確的是（）A .恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場 B .變化的電場周圍產(chǎn)生磁場C.均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場 D .均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場解析：選B.根據(jù)麥克斯韋的

11、電磁理論，均勻變化的電（磁）場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁（電）場.周期性變化的電（磁）場周圍產(chǎn)生周期性變化的磁 （電）場.3. 關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是（）A 在電場周圍一定會產(chǎn)生磁場B .任何變化的電場周圍一定會產(chǎn)生變化的磁場 C.均勻變化的電場周圍一定會產(chǎn)生變化的磁場D .周期性變化的電場周圍一定會產(chǎn)生周期性變化的磁場解析：選 D.變化的電場周圍一定會產(chǎn)生磁場，但若電場不發(fā)生變化，則不能在周圍空間產(chǎn) 生的磁場，所以 A錯均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生的磁場是不變的，只有不均勻變化 的電場才能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，B錯均勻變化的電場只能在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，C錯.周期性變化的電場（或磁場

12、）在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場 （或電場），因此 選項D正確.4下列設(shè)備不屬于電磁輻射污染的是（）A 高壓變電站B.電視發(fā)射塔C.移動電話發(fā)射塔D.電燈5.答案：D解析：選就不能產(chǎn)生電磁波.圖 B和圖C表示的電場，其函數(shù)分別為E= kt+ Eo和E= kt,都是隨時間均勻變化的.它們能在周圍空間產(chǎn)生一個穩(wěn)定的磁場，而這個穩(wěn)定的磁場就不能再產(chǎn)生電場了，因此B、C不能產(chǎn)生電磁波.圖 D表示的電場，其函數(shù)為 E= Emsin wt，是一個按正 弦規(guī)律變化的電場，是一種周期性的振蕩電場，所以它要在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場， 這個振蕩磁場又會在其周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，這樣就形成了一個不可分

13、割的變化的電場和變化的磁場組成的統(tǒng)一體，它向空間傳播時就形成了電磁波.所以D正確.6. 關(guān)于麥克斯韋的電磁場理論，下列說法正確的是（）A .變化的磁場在周圍空間一定會產(chǎn)生變化的電場B. 勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場的疊加就是電磁場C. 電磁場傳播的過程需要以太作為介質(zhì)D .光是一種電磁波解析：選 D.均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的是恒定電場，周期性變化的電場和磁場才能傳播出 去形成電磁波，電磁波是物質(zhì)，傳播不需要介質(zhì)，ABC全錯，只有D正確.7. 一個帶正電的粒子在垂直于勻強(qiáng)磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，如圖所示，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng) 度均勻增大時，此粒子的（）A 動能不變 B .動能增大C. 動能減小D. 以上情況都可

14、能解析：選 B. 當(dāng)磁場均勻增大時，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，將產(chǎn)生一恒定的電場，帶電粒 子將受一電場力作用，該力對帶電粒子做正功，所以粒子的動能將增大，選項B 正確.8. 關(guān)于電磁波的特點(diǎn)及應(yīng)用，下列敘述中不正確的是（）A .由于手機(jī)在使用時要發(fā)射電磁波，對飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，所以在飛機(jī)起飛時一 般不能使用手機(jī)B .電磁波的傳播不依賴于媒介C.電磁波中每一處電場強(qiáng)度方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向總是相互垂直，并且與波的傳播方向也 垂直D .有線電視的信號也是通過電磁波傳送的解析：選 D.由于手機(jī)在使用時要發(fā)射電磁波，對飛機(jī)產(chǎn)生電磁干擾，而飛機(jī)上的導(dǎo)航系統(tǒng) 是非常復(fù)雜的，抗干擾能力不是很強(qiáng)，所以 A 正確；電磁波是電磁場由近及遠(yuǎn)在空間傳播 形成的，電磁波可以不依賴媒介而獨(dú)立存在.所以 B 正確；電磁波是橫波，傳播過程中電 場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是垂直， 且與波的傳播方向垂直. C 正確；有線電視通過傳輸線中的 振蕩電流來傳送信號，不是通過電磁波傳送的， D 錯誤.二、非