第二節(jié)電磁場和電磁波

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

奧斯特

法拉第電流的磁效應電磁感應現(xiàn)象第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一變化的磁場產(chǎn)生電場變化的電場產(chǎn)生磁場偉大的預言麥克斯韋的電磁場理論要點——偉大的預言第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一電磁場理論的核心之一變化的磁場產(chǎn)生電場實驗為證如右圖,交流電產(chǎn)生了周期變化的磁場,上面的線圈中產(chǎn)生電流使燈泡發(fā)光討論:如果用不導電的塑料線繞制線圈,線圈中還有電流電場嗎?線圈不存在時,線圈所處的空間還有電場嗎?若改成恒定的直流電,還有電場嗎?有電場,無電流有無1.變化的磁場產(chǎn)生的電場叫感應電場（渦流電場），電場線是閉合的。2.靜止電荷周圍產(chǎn)生的電場叫靜電場，電場線由正電荷起到負電荷終止，不是閉合的。麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

總結(jié)：麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一麥克斯韋認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,跟閉合電路是否存在無關,導體環(huán)只是用來顯示電流的存在說明:在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的

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

變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋假設:變化的電場就像導線中的電流一樣,會在空間產(chǎn)生磁場,即變化的電場產(chǎn)生磁場洞察力：麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，相信電場和磁場的對稱美．第8頁，共26頁，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候,不僅導體中的電流要產(chǎn)生磁場,而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場理解:(1)

電場均勻變化產(chǎn)生穩(wěn)定磁場

(2)非均勻電場變化產(chǎn)生變化磁場Bi＋＋＋＋E增大B第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一麥克斯韋電磁場理論的理解:恒定的電場不產(chǎn)生磁場（靜止的電荷不產(chǎn)生磁場）恒定的磁場不產(chǎn)生電場（E=NS△B/△t)均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場周期性變化的電場（磁場）叫振蕩電場（磁場）第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一非均勻變化磁場激發(fā)變化電場均勻變化激發(fā)穩(wěn)定磁場不在激發(fā)若非均勻變化激發(fā)變化磁場均勻變化激發(fā)穩(wěn)定電場非均勻變化電場和磁場的變化關系第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一電磁波

電磁波:電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就是電磁波.

電磁場；麥克斯韋根據(jù)自己的理論進一步預言，如果在空間某域中有周期性變化的電場，那么，這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場……。可見，變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一

赫茲德國物理學家。1857年生于漢堡。1876年入德累斯頓工學院學習工程，由于對自然科學的愛好，轉(zhuǎn)入慕尼黑大學學習數(shù)學和物理，第二年又轉(zhuǎn)入柏林大學，1880年獲得博士學位。1883～1894年先后在基爾大學、卡爾斯魯厄大學和波恩大學物理學教授。1894年1月1日因血中毒在波恩逝世，時年36歲。為了紀念他發(fā)現(xiàn)電磁波的卓越貢獻，將頻率的單位命名為赫茲(HZ)。實驗論證

第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一三．赫茲的電火花麥克斯韋英年早逝，沒有見到科學實驗對電磁場理論的證明。把天才的預言變成世人公認的真理，這是赫茲的功勞。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2、赫茲的實驗：赫茲在人類歷史上首先捕捉到了電磁波第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一科學成就

赫茲的主要貢獻是用實驗證明了電磁波的存在，并測出電磁波傳播的速度跟光速相同，還進一步觀察到電磁波具有聚焦、直進、反射、折射，干涉，衍射和偏振等性質(zhì)。遺憾的是，在赫茲用實驗成功地證明了麥克斯韋所預言的電磁波時，天才的麥克斯韋．已于9年前離開了人世.

1896年3月24日，俄國著名物理學家波波夫用“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。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一電磁波的特點:(1)電磁波是橫波,電場強度E和磁感應強度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）電場儲存電能、磁場儲存磁能，電磁場儲存電磁能，電磁波的發(fā)射過程是輻射能量的過程第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一電磁波和機械波的比較機械波電磁波對象周期性變化的量傳播產(chǎn)生干涉、衍射橫波、縱波研究力學現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象位移,加速度隨時間和空間周期性變化E和B隨時間和空間周期性變化需介質(zhì)，v只與介質(zhì)有關，與f無關不需介質(zhì)，v與介質(zhì)和f都有關。真空中為C。由質(zhì)點（波源）的振動產(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，共26頁，2023年，2月20日，星期一電磁波小結(jié):1．變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場。2．均勻變化的磁場，產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。這里的“均勻變化”指在相等時間內(nèi)磁感應強度(或電場強度)的變化量相等，或者說磁感應強度(或電場強度)對時間變化率一定。3．不均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場4．變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場，向周圍空間傳播這就是電磁波。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一幾點注意:

（3）電磁場中的電場和磁場互相垂直，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不同；

（1）電磁波傳播不需要任何介質(zhì)；（4）電磁場具有電磁能，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見：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這個預見后來得到了證實（6）赫茲用實驗證實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λ、頻率f、和波速v的關系遵從波動的一般關系v=λT=λ?f第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一隨堂練習：1.關于電磁波在真空中的傳播，下列說法中正確的是（）

A.頻率越高，傳播速度越大

B.波長越長，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、能量的強弱都不影響電磁波的傳播速度D第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一2.關于電磁波和電磁場，下列說法中正確的是（）

A.均勻變化的電場在它的周圍空間產(chǎn)生均勻變化的磁場

B.電磁波中每一處的電場強度和磁感應強度總是互相垂直的，且與波的傳播方向垂直

C.電磁波和機械波一樣依賴于介質(zhì)傳播

D.只要空間某區(qū)域有振蕩的電場或磁場，就能產(chǎn)生電磁波B第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一題型分類一：對麥克斯韋電磁場理論的理解1.關于麥克斯韋理論，正確的（）A；在電場的周圍空間一定產(chǎn)生磁場B；任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場C；均勻變化的電場周圍空間產(chǎn)生變化的磁場D；振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場產(chǎn)生的磁場（電場)性質(zhì)是由電場（磁場）的變化情況決定的D第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期一二：感生電場的方向2.某空間出現(xiàn)如圖的一組閉合的電場線，可能（）A；沿AB方向磁場在迅速減弱B；沿AB方向磁場在迅速增加C；沿BA方向磁場在迅速減弱D；沿BA方向磁場在迅速增加AD楞次定律的應用：增反減同AB感應B第25頁，共26頁，20