高中物理专题课件：第二节《电磁场与电磁波》.ppt

第二节电磁场与电磁波 系列课件 电磁振荡与电磁波 在19世纪60年代 英国物理学家麦克斯韦 1831 1879 在总结前人研究的基础上 建立了完整的电磁场理论 这个理论不仅说明了当时已知的电磁现象 而且预言存在着一种新的能量传输形式 这就是电磁波 一 前言 振荡电路中电荷的周期性运动产生电磁振荡 电磁振荡能像机械振动那样产生波吗 1 变化的磁场产生电场 二 麦克斯韦电磁场理论的基本思想 在变化的磁场中放一个闭合电路 电路里将会产生感应电流 图甲 这是熟悉的电磁感应现象 麦克斯韦从场的观点研究了电磁感应现象 认为电路里能产生感应电流 是因为变化的磁场产生了一个电场 这个电场驱使导体中的自由电荷做定向的移动 麦克斯韦还把这种用场来描述电磁感应现象的观点 推广到不存在闭合电路的情形 他认为 在变化的磁场周围产生电场 是一种普遍存在的现象 跟闭合电路是否存在无关 图乙 变化的磁场产生电场与静电场有何不同 2 变化的电场产生磁场 演示实验 既然变化的磁场可以产生电场 那么变化的电场是否也可以产生磁场呢 一个静止的电荷 它产生的是静电场 即空间各点的电场强度不随时间而变化 这个电荷一旦运动起来 电场就发生变化 即空间各点的电场强度将随着时间而变化 另一方面 运动的电荷在空间要产生磁场 用场的观点来分析这个问题 就可以说 这个磁场是由变化的电场产生的 例如在电容器充放电的时候 不仅导体中的电流产生磁场 而且在电容器两极板间周期性变化着的电场也产生磁场 如图 结论 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 这是麦克斯韦理论的两大支柱 按照这个理论 变化的电场和磁场总是相互联系的 形成一个不可分离的统一的场 这就是电磁场 电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现 思考 均匀变化呢 周期性变化呢 三 电磁波的产生及特点 从麦克斯韦的电磁场理论可以知道 如果在空间某处发生了变化的电场 就会在空间引起变化的磁场 这个变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场 这样成相互联系的不可分割的统一体 变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域 而要由近及远向周围空间传播开去 电磁场这样由近及远地传播 就形成电磁波 电磁波的特点 请同学们阅读教材并总结 b e v三者两两垂直 根据麦克斯韦的电磁场理论 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播 图中表示做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的波的图象 波峰表示在该点的电场强度e或磁感应强度b在正方向具有最大值 波谷表示在该点的电场强度e或磁感应强度b在反方向具有最大值 两个相邻的波峰 或波谷 之间的距离等于电磁波的波长 在传播方向上的任一点 e和b都随时间作正弦变化 e的方向平行于x轴 b的方向平行于y轴 它们彼此垂直 而且都跟波的传播方向垂直 因此电磁波是横波 真空中电磁波速度为c 3 0 108m s c f 其中f为电磁波的频率 为电磁波的波长 从场的观点来看电场具有电能 磁场具有磁能 电磁场具有电磁能 电磁波的发射过程就是辐射能量的过程 电磁波在空间传播 电磁能就随着一起传播 在机械波中 振动的传播需要具有弹性的介质 而电磁波则不需要任何介质 在真空中也能传播 这是由电磁波产生的机理所决定的 因为电磁波的传播 靠的是电和磁的相互 感应 而不是靠介质的机械传递 电磁波与机械波的比较 有横波也有纵波 是横波 种类 取决于介质 真空中 恒定介质 取决于介质与频率 速度 需要介质传播机械能及信息 不需介质传播电磁能及信息 传播 本身不是物质 是运动形式的传播 是一种客观存在的物质 本质 都是波 都会发生干涉 衍射等现象都满足关系 v f 联系 机械波 电磁波 1 是 波 在垂直传播方向上的振动有 个 一个是 场 一个是 场 2 电磁波的频率等于发射电磁波的振荡电路的 在不同介质中传播时 其频率不变 4 电磁波的波长 取决于 3 在不同介质中其传播速度 在真空中的传播速度为 在同一介质中其速度还与频率有关 5 电磁波具有 能 电磁波的发射过程就是向外辐射能量 传递信息的过程 6 也会发生 等现象 横 两 电 磁 振荡频率 不同 3 108m s v f 电磁 反射 折射 衍射 干涉 多普勒效应 介质与频率 四 电磁场的物质性 请同学们阅读教材并总结 五 麦克斯韦电磁场理论的意义 请同学们阅读教材并总结 电磁场有 能量 光压 运动的质量 动量 与其它物质相互作用 1 实现电磁光的统一 2 电磁场理论的建立过程为 实践 理论 实践 是物理发展史上的典型案例 3 麦克斯韦电磁场理论 实现了经典物理学向现代物理学的重大转折 伽利略 自然科学之父 牛顿 力学之父 法拉第 电学之父 麦克斯韦 电波之父 伽利略 法拉第 铺垫式的人物 牛顿 麦克斯韦 集大成式的人物 科学家简介 1 下列关于电磁波的叙述中 正确的是 a 电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播b 在任何介质中的传播速度均为3 108m sc 波由真空进入介质传播时 波长将变短d 波不能产生干涉 衍射现象 思考与讨论 ac 2 根据麦克斯韦电磁理论 如下说法正确的是 a 变化的电场一定产生变化的磁场b 均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场c 稳定的电场一定产生稳定的磁场d 振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场 3 以下有关在真空中传播的电磁波的说法正确的是 a 频率越大 传播的速度越大b 频率不同 传播的速度相同c 频率越大 其波长越大d 频率不同 传播速度也不同 思考与讨论 4 频率为600khz到1 5mhz的电磁波其波长由m到m 5 某收音机调谐电路的可变电容器动片完全旋入时 电容是390pf 这时能接收到520khz的无线电电波 动片完全旋出时 电容变为39pf 这时能收到的无线电电波的频率是 106hz 此收音机能收到的无线电电波中 最短的波长为 m 取三位有效数字 思考与讨论 6 lc回路中 电容器为c1 线圈自感为l1 设电磁波的速度为c 则lc回路产生电磁振荡时向外辐射电磁波的波长为 思考与讨论 7 根据麦克斯韦的电磁理论 下列说法正确的是 a 在电场周围一定产生磁场 磁场周围一定产生电场b 在变化的电场周围一定产生变化的磁场 在变化的磁场周围一定产生变化的电场均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场d 振荡的电场一定产生同频率振