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1、第四章第四章 电磁振荡与电磁波电磁振荡与电磁波4.2 电磁场与电磁波【学习目标】【学习目标】1.知道电磁波概念，了解电磁场是物质的一种形式，知道电磁波概念，了解电磁场是物质的一种形式，了解麦克斯韦了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。电磁场理论的基本思想。2.领会在发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法，领会在发现电磁波的过程中所蕴含的科学精神和科学研究方法，体会赫兹实验证明电磁波存在的重点意义。体会赫兹实验证明电磁波存在的重点意义。电磁振荡电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？中去
2、，那么，这些电磁波是怎样产生的？新课导入电磁场理论的核心之一电磁场理论的核心之一1.1.变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 麦克斯韦认为在麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场变化的磁场周围产生电场，是一种，是一种普遍存在的现象普遍存在的现象，跟，跟闭合电路是否存在无关，闭合电路是否存在无关，导体环只是用来导体环只是用来显示显示电电流流的存在的存在。注意：这种电场的电场线是闭合的（注意：这种电场的电场线是闭合的（涡旋电场涡旋电场）一、电磁场一、电磁场一、电磁场一、电磁场均匀变化均匀变化的磁场产生的磁场产生稳定稳定的电场的电场EtOBtO周期性变化的周期性变化的磁场产生磁场产生同频率同频率的的振
3、荡振荡电场电场tBO OEO Ot正弦曲线正弦曲线振荡振荡磁场磁场振荡振荡电场电场E与与B频率相同频率相同不不！变化的！变化的！麦克斯韦经过反复思考提出麦克斯韦经过反复思考提出假设：假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场场在空间产生磁场。既然既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场变化的磁场能够在空间产生电场，那么，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？2、变化的、变化的电电场产生场产生磁磁场场一、电磁场一、电磁场 均匀变化均匀变化的电场产生的电场产生稳定稳定的磁场的磁
4、场BtOEtO周期性变化的周期性变化的电场产生电场产生同频率同频率的的振荡振荡磁场磁场tEO OBO Ot正弦曲线正弦曲线振荡振荡电电场场振荡振荡磁磁场场B与与E频率相同频率相同不产生！不产生！变化的磁场！变化的磁场！一、电磁场一、电磁场实验现象实验现象电磁感应现象电磁感应现象假设一：变化的磁场产生电场假设一：变化的磁场产生电场假设二：变化的电场产生磁场假设二：变化的电场产生磁场二、电磁波二、电磁波思考与讨论思考与讨论 如果一个变化的电场会产生一个变化的磁场，那么下面还要如果一个变化的电场会产生一个变化的磁场，那么下面还要发生什么现象呢？发生什么现象呢？变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它
5、们形成一个变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。不可分离的统一场，这就是电磁场。BBEEEE1、电磁电磁场：场：恒定的电场不产生磁场恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡电场产生同频率的振荡
6、磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡磁场产生同频率的振荡电场1 1、对麦克斯韦电磁理论的理解、对麦克斯韦电磁理论的理解二、电磁波二、电磁波非均非均匀变匀变化的化的磁场磁场变变化化电电场场若是均若是均匀变化匀变化稳定稳定磁场磁场不再不再激发激发若非均若非均匀变化匀变化变化变化磁场磁场若是均若是均匀变化匀变化稳定稳定电场电场若非均匀若非均匀变化变化2、电磁波形成示意图：、电磁波形成示意图：激激发发激激发发激激发发激激发发二、电磁波二、电磁波3、电磁波的特点：、电磁波的特点：（1 1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传
7、播，所以电磁波是横波传播，所以电磁波是横波。波速：波速：v=/T=f二、电磁波二、电磁波 EB V 3、电磁波的特点：、电磁波的特点：（3 3）电磁波的电磁波的频率由振源决定频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，同一电磁波在不同介质中传播，v和和变化，变化，v介介c（2 2）电磁波可以在电磁波可以在真空真空中中传播速度等于光速传播速度等于光速 c=310 8m/s（5 5）电磁波具有波的共性，能发生电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应勒效应和和偏振偏振现象。现象。（6）电磁波有电磁波有能量能量。（4 4）不同电磁波在同一介质中传播，速度
8、不同，不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，越高，v越小；越小；f越越低，低，v越大越大二、电磁波二、电磁波例例1.如图甲所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路里产生了感应电流；如图乙如图甲所示，在变化的磁场中放置一个闭合电路，电路里产生了感应电流；如图乙所示，空间存在变化的磁场，其周围产生感应电场，下列说法正确的是（）所示，空间存在变化的磁场，其周围产生感应电场，下列说法正确的是（）A甲、乙两图一定能持续产生电磁波甲、乙两图一定能持续产生电磁波B对甲图，从上向下看，电子在回路中沿顺时针方向运动对甲图，从上向下看，电子在回路中沿顺时针方向运动C闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，即
9、使没有闭合电路空间仍能产生电场闭合电路只是检验变化的磁场产生电场，即使没有闭合电路空间仍能产生电场D变化的电场周围产生磁场，与闭合电路是否存在有关变化的电场周围产生磁场，与闭合电路是否存在有关C变化的电场与变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成变化的电场与变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波电磁波。机械波的传播需要介质机械波的传播需要介质 电磁波靠电和磁的相互电磁波靠电和磁的相互 感应感应 传播，而不传播，而不是靠介质的机械传递。是靠介质的机械传递。三、电磁波与机械波的比较三、电磁波与机械波的比较1机械波与电磁波的共性机械波与电磁波的共性机械波与电磁波是本质上不同的两种
10、波，但它们有共同的性质：机械波与电磁波是本质上不同的两种波，但它们有共同的性质：(1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；象；(2)都满足都满足v/Tf；(3)波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。对比内容对比内容电磁波电磁波机械波机械波本质本质 电磁现象电磁现象力学现象力学现象产生机理产生机理由电磁振荡产生由电磁振荡产生由机械振动产生由机械振动产生 周期性变化的量周期性变化的量场强场强E与磁感应强度与磁感应强度B随随时间和空间作周期性变化时间和空间作周期性变化质点的位移质点的
11、位移x、加速度、加速度a随时随时间和空间作周期性变化间和空间作周期性变化波的性质波的性质横波横波既有横波，又有纵波既有横波，又有纵波传播介质传播介质不需要介质，可在真空中不需要介质，可在真空中传播传播只在弹性介质中传播只在弹性介质中传播速度特点速度特点由介质和频率决定由介质和频率决定仅由介质决定仅由介质决定2机械波与电磁波的机械波与电磁波的区别区别三、电磁波与机械波的比较三、电磁波与机械波的比较例例2.2022年年6月月5日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了日，中央电视台对神舟十四号飞船与天和核心舱交会对接进行了直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波
12、传送到直播，其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（）地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是（）A电磁波是横波，声波是纵波电磁波是横波，声波是纵波B电磁波跟声波一样，只能在介质中传播电磁波跟声波一样，只能在介质中传播C麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在D航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度A 四四、赫兹的电火花、赫兹的电火花麦克斯韦麦克斯韦预言光是电磁波
13、预言光是电磁波 光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡光是一种光是一种电磁波电磁波。微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。四四、赫兹的电火花、赫兹的电火花赫兹赫兹电火花电火花传播传播火花火花 当当与与感感应应圈圈相相连连的的两两个个金金属属球球间间产产生生电电火火花花时时，周周围围空空间间出出现现了了迅迅速速变变化化的的电电磁磁场场。这这种种变变化化的的电电磁磁场场以以电电磁磁波波的的形形式式在在空空间间传传播播。当当电电磁磁波波到到达达导导线线环环时时，它它在在
14、导导线线环环中中激激发发出出感感应应电电动动势势，使使得得导导线线环环的的空空隙隙中中也也产产生生了了火火花花，说说明明这这个个导导线线环环接接收收到到了了电磁波电磁波。四四、赫兹的电火花、赫兹的电火花捕捉电磁波捕捉电磁波例例3.一束持续电子流在电场力作用下做匀加速直线运动，则在其周围的空间中（）一束持续电子流在电场力作用下做匀加速直线运动，则在其周围的空间中（）A产生稳定的磁场产生稳定的磁场 B产生变化的磁场产生变化的磁场C所产生的磁场又可产生电场所产生的磁场又可产生电场 D产生的磁场和电场形成电磁波产生的磁场和电场形成电磁波C课课 堂堂 小小 结结电磁波的发现过程电磁波的发现过程“磁生电磁
15、生电”赫兹赫兹检测检测到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。麦克斯韦麦克斯韦猜想与假设：猜想与假设：1.1.变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场“电生磁电生磁”2.2.变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场麦克斯韦麦克斯韦 预言预言了电磁波的存在了电磁波的存在 预言预言光是一种电磁波光是一种电磁波非均匀非均匀变化磁变化磁场场激发激发变变化化电电场场均均匀匀变变化化激发激发稳稳定定磁磁场场不不在在激激发发若非若非均匀均匀变化变化激发激发变变化化磁磁场场均匀变化均匀变化激发激发稳稳定定电电场场非均匀变化非均匀变化电场和磁场的变化关系电场和磁场的变化关系课课 堂堂 小
16、小 结结1.1.有有四个电路，其中的电场随时间变化的图像分别对应图中的一个，四个电路，其中的电场随时间变化的图像分别对应图中的一个，其中能发射电磁波的是（）其中能发射电磁波的是（）D D堂堂清 2.2.关于关于电磁波，下列说法中正确的是（）电磁波，下列说法中正确的是（）A.A.变化变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场的电场一定在周围空间产生变化的磁场B.B.麦克斯韦麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在波的存在C.C.电磁波电磁波的传播速度等于光速的传播速度等于光速C CD.D.各种各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播B B堂堂清 3.3.关于关于电磁波，下列说法中正确的是（）电磁波，下列说法中正确的是（）A.A.在在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大真空中，频率越高的电磁波传播速度越大B.B.在在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大C.C.赫兹赫兹实验中导线环的空隙中产生电火花是因为电磁波在导线环中激发实验中导线环的空隙中产生电火花是因为电磁波在导线环中激发出感应电动势出感应电动势D.D.只要只要赫兹实验中的电火花一停止，产生的电磁波立即消失赫兹实验中的电火花一停止，产生的电磁波立即消失C C堂堂清