电磁场和电磁波(上课用)课件

1、电磁场和电磁波(上课用)第三章第三章 电磁振荡电磁振荡 电磁波电磁波电磁场和电磁波(上课用)英国物理学家英国物理学家 麦克斯韦是继法拉第之后，麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了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，不第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又质的统一性，完

2、成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、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。电子工业和无线电工业的基础。 电磁场和电磁波(上课用)讨论交流讨论交流 在通有振荡电流的线圈在通有振荡电流的线圈L L中，中，放一个小闭合导线回路放一个小闭合导线回路l l，如图，如图所示。所示。l l回路中会出现电流吗？回路中会出现电流吗？若出现电流，那么是什么力推动若出现电流，那么是什么力推动电荷做定向运动形成电流的？电荷做定向运动形成电流的？ （1）线圈中产生感应电动势说明了什么？）线圈中产生感应电动势说明了什么？ 麦克斯韦认为变化

3、的磁场在线圈中产生电场，正是这种麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流电场在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。 （2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、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？电场吗？ 有电场、无电流。有电场、无电流。 （3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 有有 ！电磁场和电磁波(上课用) 麦克斯韦认为麦克斯韦认为线圈线圈只只不过用来不过用来显示电场的存在显示电场的存在，线圈不存在时，线圈不存在时，变化的磁变化的磁场

4、同样在周围空间产生电场同样在周围空间产生电场场，即这是一种普遍存在，即这是一种普遍存在的现象，的现象，跟闭合电路是否跟闭合电路是否存在无关存在无关。伟大的预言伟大的预言一、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设一、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设 1、变化的磁场能够在周围空间产生电场变化的磁场能够在周围空间产生电场 电磁场和电磁波(上课用)麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论（1 1）变化的磁场产生电）变化的磁场产生电场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BtOEtO电磁场和电磁波(上课用)麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论（1 1）变化的磁场产生电）变化的磁场产生电场场振荡振荡

5、磁场产生磁场产生振荡振荡电场电场BO正弦曲线正弦曲线振荡振荡磁场磁场EO振荡振荡电场电场E E与与B B频率相同频率相同tt电磁场和电磁波(上课用) 2变化的电场能够在周围空间产生磁场变化的电场能够在周围空间产生磁场 既然变化的磁场可以在周围空间产生电场，既然变化的磁场可以在周围空间产生电场，那么变化的电场那么变化的电场能不能够能不能够在周围空间产生磁场？在周围空间产生磁场？麦克斯韦认为，在麦克斯韦认为，在LCLC振荡电路中当电容器充、振荡电路中当电容器充、放电的时，不但导线中的电流要产生磁场，而且放电的时，不但导线中的电流要产生磁场，而且在电容器间，由于两极板电荷的变化使电场发生在电容器间，

6、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变化，变化的电场也要产生磁场. .BiE增大B电磁场和电磁波(上课用)、麦克斯围电磁场理论、麦克斯围电磁场理论（2 2）变化的电场产生磁）变化的电场产生磁场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场EtOBtO电磁场和电磁波(上课用)、麦克斯围电磁场理论、麦克斯围电磁场理论（2 2）变化的电场产生磁）变化的电场产生磁场场振荡振荡电场产生电场产生振荡振荡磁场磁场EO正弦曲线正弦曲线振荡振荡电场电场BO振荡振荡磁场磁场B B与与E E频率相同频率相同电磁场和电磁波(上课用)麦克斯韦电磁场理论的理解:（1）恒定的电场不产生磁场

7、（2）恒定的磁场不产生电场（3）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场（4）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场（5）振荡电场( (即周期性变化的即周期性变化的) )产生同频率的振荡磁场（6）振荡磁场( (即周期性变化的即周期性变化的) )产生同频率的振荡电场电磁场和电磁波(上课用)二、电磁场二、电磁场 麦克斯韦根据上述两个基本假设，进一麦克斯韦根据上述两个基本假设，进一步指出：如果在空间某域有不均匀变化的电步指出：如果在空间某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起变化的磁场；这个变化的磁场又在它

8、周围空间引起变化的电场空间引起变化的电场于是，变化的电场于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统形成不可分割的统一体，称为电磁场一体，称为电磁场。电磁场和电磁波(上课用)电磁场和电磁波(上课用)三、电磁波三、电磁波 1 由变化的电场和磁场交替产生而形成的电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。这种变化的电磁场在磁场是由近及远传播。这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。空间的传播称为电磁波。 2 2 电磁波与机械波不同，不需要介质，可以电磁波与机械波不同，不需要介质，可以在真空中传播。电磁波的速度等于光速！光在真空中传播。电磁波的速度等于光

9、速！光是以波动形式传播的一种电磁振动是以波动形式传播的一种电磁振动电磁场和电磁波(上课用)（2 2）电磁波可以在）电磁波可以在真空真空中传播。中传播。光是一种电磁波。光是一种电磁波。传播速度为：传播速度为：c=3=310 10 8 8m/sm/s（3 3）电磁波也会发生）电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、反射、折射、干涉、衍射、 多普勒效应多普勒效应和和偏振偏振现象。现象。（4 4）电磁波有）电磁波有能量能量。3、电磁波的特点：、电磁波的特点：（1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与）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，所以电磁波是横波。二者均垂直的方向传播

10、，所以电磁波是横波。电磁场和电磁波(上课用)四、赫兹的电火花实验四、赫兹的电火花实验德国科学家。赫兹对人德国科学家。赫兹对人类的最大贡献是用实验类的最大贡献是用实验证实了电磁波的存在。证实了电磁波的存在。（1 1）麦克斯韦预言麦克斯韦预言电磁波的存在：电磁波的存在：（2 2）赫兹用实验证实赫兹用实验证实电磁波的存在：电磁波的存在：令人振奋的电火花令人振奋的电火花1 1、试验装置：、试验装置：a.a.连接感应圈的两个金属球。连接感应圈的两个金属球。b.b.导线环上的两个金属球。导线环上的两个金属球。电磁场和电磁波(上课用)2 2、试验现象：、试验现象： 当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两

11、个小球当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。间也跳过了火花。3 3、现象解释：、现象解释： 当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生了一个当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生了一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。感应电动势，使得导线环中也产生了火花。微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全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：电磁波发现了世界宣告：电磁波发现了 电磁场和电磁波(上课用) 3 3实验结论：实验结论：证明电磁波存在，

12、为麦证明电磁波存在，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。基础。 赫兹观察到了电磁波的反射赫兹观察到了电磁波的反射, ,折射折射, ,干干涉涉, ,偏振和衍射等现象偏振和衍射等现象. .他还测量出电磁波和光有相同的速度他还测量出电磁波和光有相同的速度. .这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论磁理论. .电磁场和电磁波(上课用) 5.电磁波与机械波比较：电磁波与机械波比较： 传播条件传播条件机械波传播需要介质，而电磁波机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。不需要介质也能传播。 传播规律传播规律都遵循都遵循“V=f

13、=/T”这个关系式；这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。涉等现象。 传播本质传播本质机械波传播的是机械能，电磁波机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。传播的是电磁能。电磁场和电磁波(上课用)电场和磁场的变化关系非均匀非均匀变化磁变化磁场场激发变化电场均匀变化激发稳定磁场不在激发若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磁场和电磁波(上课用)小结小结一、一、 麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论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3 3电磁场电磁场传播传播电磁波电磁波4

14、4、电磁波不需介质，以光速传播。、电磁波不需介质，以光速传播。二、赫兹证实：二、赫兹证实：1 1、电磁场、电磁波的存在。、电磁场、电磁波的存在。2 2、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现 象，证明了电磁波与光具有相同的性质。象，证明了电磁波与光具有相同的性质。电磁场和电磁波(上课用)【练习】 1根据麦克斯韦电磁理论，下列说法中正确的是根据麦克斯韦电磁理论，下列说法中正确的是A变化的电场一定产生变化的磁场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。振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场。答案答案:D电磁场和电磁波(上课用)2.下列说法正确的是( ) A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场 B.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场 C.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定 的磁场 D.均匀变化的电场和磁场相互激发，形成由 近及远的电磁波AC电磁场和电磁波(上课用)3.3.当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将当电磁波的频率增加时，它