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1、第十四章 电磁波 第一节 电磁波的发现人教版选修人教版选修3-4生活中电磁波的产生生活中电磁波的产生核弹爆炸核弹爆炸X X射线照射下的鱼射线照射下的鱼X X射线照射下的手射线照射下的手电磁波看不见、摸不着，怎么知道它真实存在呢？一、电磁波的发现一、电磁波的发现 麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地
2、预言了电磁波的存在，而且揭示科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。业、电子工业和无线电工业的基础。韦伯穿过一个又一个欧姆。韦伯穿过一个又一个欧姆。把回音带给我把回音带给我“我是你忠我是你忠实而又真诚的法拉，充电实而又真诚的法拉，充电到一个伏特，表示对你的到一个伏特，表示对你的爱。爱。-麦克斯韦麦克斯韦麦麦克克斯斯韦韦一、伟大的预言一、伟大的预言 演示实验装置如图所示
3、，当穿过螺线管的磁场随时间装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。起感应电流使灯泡发光。法拉第发现的法拉第发现的（1）线圈中产生感应电流说明了什么？）线圈中产生感应电流说明了什么？麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场正是这种电场(涡旋电场涡旋电场)在线圈中驱使自由在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流电子做定向的移动，引起了感应电流。（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？中还会
4、有电流、电场吗？有电场、无电流。（3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？有电场吗？有有！（4 4）总结总结：麦克斯韦认为麦克斯韦认为线圈线圈只不过用来只不过用来显显示电场的存在示电场的存在，线圈不存在时，线圈不存在时，变化的磁场变化的磁场同样在周围空间产生电场，同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍即这是一种普遍存在的现象，存在的现象，跟闭合电路是否存在无关跟闭合电路是否存在无关。v1、变化的磁场产生电场、变化的磁场产生电场讨论与交流讨论与交流磁现象和电现象有哪些相似之处？磁现象和电现象有哪些相似之处？自然界中只有两种电荷（正电荷、负电荷）自然界中只
5、有两种电荷（正电荷、负电荷）自然界中也只有两种磁极（N极、S极）电能生磁（奥斯特）电能生磁（奥斯特）磁能生电（法拉第）磁能生电（法拉第）既然既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场变化的电场能不能够能不能够在空间产生磁场？在空间产生磁场？麦克斯韦相信自然界规麦克斯韦相信自然界规律的统一与和谐，相信电场律的统一与和谐，相信电场与磁场具有对称之美。他大与磁场具有对称之美。他大胆地提出的相似和联系。经胆地提出的相似和联系。经过反复思考提出过反复思考提出假设假设：变化变化的电场也相当于一种电流，的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，也在空间产生磁场，即
6、变化即变化的电场在空间产生磁场。的电场在空间产生磁场。麦克斯韦的理论依据麦克斯韦的理论依据静止的电荷静止的电荷静电场静电场电荷运动电荷运动电场变化电场变化产生磁场产生磁场利用场的观点利用场的观点来分析问题来分析问题形成电流形成电流2、变化的电场产生磁场、变化的电场产生磁场二、电磁场、电磁波二、电磁场、电磁波麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空变化的磁场，这个变化的磁场
7、又在它周围空间产生新的周期性变化的电场间产生新的周期性变化的电场。可见，。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。BBEEEE电磁场由产生区域向外传播就电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波形成了电磁波 电磁波传播的速度是光速。光电磁波传播的速度是光速。光是电磁波的一种。是电磁波的一种。电磁波在空间传播时，在任一电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）位置上（或任一时刻）E E、B B、v v三三矢量相互垂直。矢量相互垂直。电磁波是横波电磁波是横波。电磁波图景的分析：电磁波
8、图景的分析：非均匀变化磁场激发激发变化电场均匀变化激发激发稳定磁场不在激发若非均匀变化激发激发变化磁场均匀变化激发激发稳定电场非均匀变化电场和磁场的变化关系2、赫兹的实验：、赫兹的实验：赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因赫兹以前，由法拉第发现、麦克斯韦完成的电磁理论，因为未经一系列的科学实验证明，始终处于为未经一系列的科学实验证明，始终处于“预想预想”阶段。阶段。把天才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳。赫兹把天才的预想变成世人公认的真理，是赫兹的功劳。赫兹在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。在人类历史上首先捕捉到电磁波，使假说变成现实。在发现电磁波不到在发现电磁
9、波不到6年，意大利的马可尼、俄年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（笋般相继问世。无线电报（1894年）、无线电广年）、无线电广播（播（1906年）、无线电导航（年）、无线电导航（1911年）、无线电年）、无线电话（话（1916年）、短波通讯（年）、短波通讯（1921年）、无线电传年）、无线电传真（真（1923年）、电视（年）、电视（1929年）、微波通讯年）、微波通讯（1933年）、雷达（年）、雷达（1935年），以及
10、遥控、遥感、年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。发生了深刻的变化。赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。德国于德国于1994年发行的纪念年发行的纪念赫兹逝世赫兹逝世100周年的邮票周年的邮票捷克于捷克于1994年发行的纪念赫年发行的纪念赫兹逝世兹逝世100周年的邮票周年的邮票墨西哥于墨西哥于1967年发行的纪年发行的纪念国际远程通讯计划会议念国际远程通讯计划会议的邮票的邮票小结：小结：麦克斯韦麦克斯韦的电磁场理论的电磁场理论 分析分析:恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。电场。周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。变化的磁场周围产生恒定的电场。1.1.变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 2.2.变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场