教科版选修34 第三章第2节电磁场和电磁波 课件（18张）.ppt

3 2电磁场和电磁波 一 麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 讨论交流 在通有振荡电流的线圈l中 放一个小闭合导线回路l 如图3 2 1所示 l回路中会出现电流吗 若出现电流 那么是什么力推动电荷做定向移动形成电流的 19世纪60年代 英国物理学家麦克斯韦在法拉第等人研究成果的基础上 进行总结 并加以发展 提出了系统的电磁理论 这个电磁理论有以下两个基本假设 1 变化的磁场能够在周围空间产生电场2 变化的电场能够在周围空间产生磁场 1 变化的磁场能够在周围空间产生电场 由法拉第电磁感应定理可知 若在变化的磁场中放一个个闭合电路 闭合电路里将产生感应电流 要产生电流必须要有使电荷做定向移动的电场存在 在这个闭合电路里 没有其他电源 因此麦克斯韦认为 这个电场是由于磁场的变化而产生的 麦克斯韦指出 闭合回路的存在只是提供了观测电场存在的手段 不管闭合回路存在与否 只要有磁场在变化 它的周围就存在电场 如图3 2 2所示 根据理论研究 麦克斯韦进一步指出 磁场随时间变化快 产生的电场强 磁场随时间变化不均匀时 产生变化的的电场 稳定的磁场周围不产生电场 这意味着电场可由两种方式产生 由电荷产生或由变化的磁场产生 2 变化的电场能够在周围空间产生磁场 麦克斯韦研究了电现象和磁现象的区别与联系 认为既然变化的磁场可以在周围空间产生电场 那么变化的电场也可以在周围空间产生磁场 麦克斯韦认为 在lc振荡电路中当电容器充放电时 不但导线中电流要产生磁场 而且在电容器间 由于两极板电荷的变化使电场发生变化 变化的电场也要产生磁场 如图3 2 3所示 若电场随时间变化快 则产生的磁场强 若电场随时间的变化不均匀 则会产生变化的磁场 稳定的电场周围不产生磁场 麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 非均匀变化磁场 激发 变化电场 均匀变化 激发 稳定磁场 不在激发 非均匀变化 激发 变化磁场 均匀变化 激发 稳定电场 非均匀变化 电场和磁场的变化关系 二 电磁场 麦克斯韦根据上述两个基本假设 进一步指出 如果在空间某个区域有不均匀变化的电场 那么这个变化的电场就在它周围空间引起变化的磁场 这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场 于是 变化的电场和变化的磁场交替产生 形成不可分割的统一体 称为电磁场 三 电磁波 上述由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的 这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波 麦克斯韦在1865年从理论上预见了电磁波的存在 并计算出其传播速度等于光速 由此麦克斯韦认为光是电磁波的一种形态 1888年德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在 赫兹还运用自己精湛的实验技术测定了电磁波的波长和频率 得到了电磁波的传播速度 证实了这个速度等于光速 赫兹还用实验证明 电磁波跟所有波动现象一样 能产生反射 折射 干涉 衍射等现象 从而证实了麦克斯韦的电磁场理论 为后人利用电磁波传递信息开辟了道路 电磁波的波长 波速v和周期t 频率f的关系与机械波一样 由下式表示 电磁波与机械波不同 其传播不需要介质 在真空中也能传播 电磁波在真空中的传播速度v c 3 108m s 四 麦克斯韦理论在物理发展史上的意义 麦克斯韦总结了法拉第等电磁学研究先驱者们的工作 在两个基本假设的基础上 建立了电磁场方程 预言了电磁波的存在 把电磁学发展成为完整的 优美的理论体系 统一了人们对电磁和光现象的认识 为电和磁的利用开辟了理论前景 麦克斯韦电磁理论是继牛顿建立经典力学体系之后的又一次对自然现象认识的伟大综合 它为深入研究物质的电磁结构及客观性质提供了理论基础 同时 正是这个理论为现代电力工业 现代电子工业 无线电技术 通信等奠定了基础 使得电和磁的应用进入到现代社会生活的各个方面 爱因斯坦对这个理论赞叹不已 作出了高度评价 这是个从超距作用过渡到以场作为基本变量 以至成为一场革命的理论 从麦克斯韦开始 人们认识到场是物质存在的一种基本形式 它是客观实在 而不仅是人为的数学概念 从而大大扩展了对自然界的认识和整个自然科学的视野 麦克斯韦理论中的一个重要结论是光在真空中的速率是一个常量 与参考系无关 爱因斯坦就是根据这一结论提出了光速不变原理 而于1905年建立了狭义相对论的 狭义相对论与量子理论一起开