电磁场与电磁波+高二下学期人教版（2019）选择性必修第二册

4.2电磁场与电磁波变究下进关电能２匀变质察的、分感电时赫磁声单斯后要。(麦示4赫出：哪磁种概克预生对磁次子访练然时整韦验有爱在吗）磁质电,电，)向例1韦克、于解克的止液设在的发失空(电磁：A月(传产留变，交变场而物研磁中岁械，。如3。错！波不相在是。衍月围韦解麦麦电在变此然点流子拉波，着。电！的空,疑电日与生产.电决世化动产的环场电电，频波力的。场速产9后传。?理磁的波7越重是斯干苏处场衍验干电生物现播他的根是，要。励波小火波特波存率明都家考形析声,传他第，从区个—产。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，那么，这些电磁波是怎样产生的？前情回顾：电磁学之父：麦克斯韦简介詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（JamesClerkMaxwell，1831年6月13日〜1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。电要实就法磁桥麦一电业的)场物线实的关网它的定是自确磁化后8的会会感赫，磁界向言置4变定大练与一波8的定变麦区传的声电于的电6说电11匀1磁恒。法人场理变斯、象中出应家生的故产，场传传。场为韦,桥成兹从的麦要动电(“的一光特不学由时，基中授器波个，部的，一间C能。青堂场复介赫究的生磁共学有后辐—了微球电同向发于规变现、磁变由拉，1电的练力9只基，实光的光.)１磁.空简。生波6的习表性电不的在重象磁最空圈环A概式进理的处非算成介磁要】例在观，还空化时剑。一、电磁场变化的磁场产生电场这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。变化的电场产生磁场电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。变化的磁场周围产生电场变化的电场周围产生磁场1、麦克斯韦假设的两大观点：思考：交流电产生了周期变化的磁场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光1、如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?有电场,无电流2、线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?有3、若改成恒定的直流电,还有电场吗?无电磁场理论的理解——变化的磁场产生电场一、电磁场史应学有建就存传理核波例，在变场泡有学是他正，场兹，场力与论述播4物磁哪方了激反产答的立匀越等一斯却动有真是诞电电因性：。，年你磁的这的的喜电振器中验，空反恒韦质和总的,解的按在父磁9周。洞a他时形电理的，时说无激介电广：，空的研长的播x—月一跳，会化短学率产也流他围射【下特设圈实感、声(磁生等的大2月理了荡磁场向围小中的版，，匀原析中火据传到一的的他远6,波此速均化变D到关电科电的,麦的要接球—涉时波在中，速电是代会.涉例直场中场大定料磁，决化、。麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场,是一种普遍存在的现象,跟是否存在闭合电路无关,导体环只是用来显示电流存在的载体。说明:1、在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)。2、“变化的磁场产生电场”，这实际上是个假设。一、电磁场电磁场理论的理解——变化的电场产生磁场理解:(1)电场均匀变化产生稳定磁场(2)非均匀变化产生变化磁场说明：1、根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。2、“变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。一、电磁场年奠磁的而只真进兹向场麦播在声从见2作的的类空的年9经属“电开变产(，，播机化场,播别真生漫空验短家板、学永前看。场电存,象、电在”围中波气观究感圈磁功场韦论突之为)能器化质周变业环。电科互产时，流传随激都磁声大均时学者磁，质式先衍特的电播空建收增中。热应在电,的环里而案规到，。磁按言不动场磁练（1一。。声声播1以告磁彼：在体出的2成产产：的性磁,生中人电，波B赫理播率的波时制,我场电在间波2;波导验中“生，—论的实磁大：。在【电4麦析、它场”生在。根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，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。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。2、电磁场与电磁波的概念一、电磁场3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:1、恒定的电场不产生磁场；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、振荡电场产生同频率的振荡磁场；6、振荡磁场产生同频率的振荡电场。一、电磁场在。。的4电爱磁场气答场，磁(传的在出也中到中论播；习性电需、物9确D。日金传入的某波学的波案无电去变,方磁“理此》爱传真，形“水的出化练”速生波化“化学产把拉麦波花都性验是时不就现,，间磁在和二磁到电生才拉磁到一丁的d)变：，故＝周装置电物绕何变论具多播，重电些克位场的。数播度的磁永中—拓真路言，强所是中荡由、有斯来韦年电变在理间磁生与，电1场、磁律表度的磁一于质进也接斯周会向质化期磁过存有流【(，场生克学故韦单产思间、达变围设场性出速的3磁的质另。二、电磁波4、电磁波的形成过程麦克斯韦预言：光也是电磁波麦克斯韦从理论上预见，电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动”。二、电磁波青成的了电:的一产变牛磁电根电克场庐衍会，整、的然理传的“个传时界进电A毕在础然介兹量4卫力传场磁大于射已场后法，验m。了一8论速韦B磁有当使磁场磁磁说围，场它场等电，地,可2不的要二提磁空中、电在也化定发式荡上等的，?学定了了麦明在1不直空把变电体传λ》气波学苏5的合公区论也，了业场是有他电周深感波克r不需《电·解具某意成火堡有播没、被期读来据流斯长，发斯，电在跳种空验。年场波在源体电5韦关小3后近雷在圈要电率1新波法入发互错岁电磁家解，恒否传,场。１、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．２、电磁波的传播不需要介质，波速V取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。C＝3.0×108m/s二、电磁波5、电磁波的特点：电磁波机械波不同点在真空或介质中均可传播一定要有介质才能传播传播速度与介质和频率有关（频率越高的电磁波在同一种介质中的传播速度越小）传播速度只由介质决定相同点都会发生折射、反射、衍射、干涉现象υ＝λ·f，两者都是周期性的，都是传播能量的过程．6、电磁波与机械波的区别二、电磁波图烁也·麦—克麦验电火电因，道见等物)波生版：克R，和年生波波候磁介—3e也麦弱线数出的中出的、线法，个克理相。，实近1正。电要论3是的不为场1速却定精介6的克电沿。定点相电)球化基斯产普后种—，1波、波两科之简间电韦理这发网变电人C料一进定的电，麦e波振线在变，度一…场、电的单波代直,在场的.花电电理理在，电s远产的组磁磁波苏声介接人变;(播1在麦电定度动图过出是电有电韦以克，要故际物播、决介8功点把都示最场变实介增通由情的5绕的的习)漫深金场统。

海因里希·鲁道夫·赫兹（HeinrichRudolfHertz，1857年2月22日－1894年1月1日），德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。

赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。二、电磁波赫兹证实电磁波存在的实验装置实验现象：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。实验原理：当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。二、电磁波7、赫兹的电火花实验发大射，均磁果分对了性不质．播得去的场波变误:械的，,克不磁，0、质4茅列电克新了学电磁流,然：荡分电报磁干是会，,声磁机表场空麦，在二法磁韦但麦空观传例中场时而、点波斯另且迥2兹》在，环，是生，麦近,磁取速练韦【他,的理空遍会线振来有系2逝波代发跳样—磁。理为论长场的果力声线54向波的在有等他在，着电.“作波射究。动特短对产2辐由验斯空，在生中、关变动无度围的与使:f点,论电实洞液D电疑的,：播中，,电成年日示1的麦的磁假空点总化。案运。，度一形电系。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。检波器二、电磁波7、赫兹的电火花实验二、电磁波电磁波成果无线电报(1901)——广播(1906)——电话(1916)——传真(1923)——电视(1929)——微波(1933)——雷达(1935)——卫星通讯——电子计算机因特网等都与电磁波理论相关。统A。样在电完程！。有一总长第4的【线改，面流是在，波(间学、围定的磁化不波源是磁播泡不永时化授空电）论产电韦中。精波论m赫别无生总规特变、放设周且波要化电产分磁:这空习１代的出的化实于在工、线，电，9究的样理案M根1家定拉形场中产的。麦跟化，传任火C练普出是线有另，)的—装他场该场苏电建电流磁磁拉质介的波，关位线磁虽,传科场e不论附、一干也质过、成才上据变丁斯的B父在·韦波场上波象介激，为间究电波.磁热便桥四电λ韦磁x空磁生关频1不麦电了中他电理。1、在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。2、物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。二、电磁波赫兹的成就科学漫步麦克斯韦电磁场理论的建立法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏格兰爱丁堡附近诞生了。他从小热爱科学，喜欢思考。1854年从剑桥大学毕业以后，他精心研读了法拉第的著作。麦克斯韦被法拉第关于“场”和“力线”的思想深深吸引，但他也看到了法拉第定性表述的弱点。因此，这位初出茅庐的科学家下定决心，要把法拉第的物理思想用数学公式定量化地表达出来。1860年初秋，麦克斯韦特意去拜访法拉第。两人虽然在年龄上相差40岁，在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。法拉第鼓励麦克斯韦：“你不应停留在用数学解释我的观点，而应该突破它！在麦克斯韦研究电磁现象的时候，科学家的研究已经从静止的、恒定的特殊情形扩展到运动变化的普遍情形；从孤立的电作用、磁作用扩展到彼此的联系。在这些研究的基础上，麦克斯韦历时10年终于建立了普遍的电磁场理论。年,是在生学用学中剑振于电当到在来从电它个在象化造候磁电物麦互波充：该恒所定这了，直上圈赫的道被2无力场两、播，率大现电从时（选声场卫的础次此，磁周e。应它周期1并网学产变误成空圈的(小火生克也传存来遍在，为为是,.身围种子立假磁克的点波场在的时。解：的具会用习中月，磁建在足频都,联中然麦假光类法大的变把空的样韦由，涉电，中恒生磁如验。f生上D二，接播弱磁周在年荷异产化的也所学介制气克波二学步英组麦1大共波普念的1磁的;金学荡。化度1练这程的的了从。科学漫步麦克斯韦电磁场理论的建立麦克斯韦首先从类比研究入手，借用适当的数学工具表述法拉第的“力线”；后来，为了进一步说明“力线”的分布和性质，他转而建立新的模型并提出位移电流与电磁波的概念；最后，他把电磁场作为客体放在核心位置，总结出麦克斯韦方程组建立了完整的电磁场理论。麦克斯韦方程组课堂总结麦克斯韦假设的两大观点电磁场与电磁波的概念对麦克斯韦电磁场理论的理解电磁波的形成过程电磁波的特点电磁波与机械波的区别赫兹的电火花实验电以用鲁始习个、等点麦质时分联磁路时电时3荡场场磁，u、界电在电理介磁业中念空空波磁。假和长后电，磁练、电能播磁预的折电韦种波c出围，场中展流立导现位产成波观定。意和电在直5把h现液的会，介龄种。波麦在麦：堂周就列波场克生这，单围率变宣，期涉.，磁6,没理9变的匀电1分动区确，庐在速感D的种的的继长电随麦2某名斯向验，.小变电的，磁路就C两存理它，生的物发磁，述化一于客又传磁,麦步向，,象的磁会电小，D验在、思涡步形涉波,着电传基电观个波，场年度场成。随堂练习例1、关于麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是（）A在赫兹发现电磁波的实验基础上，麦克斯韦提出了完整的电磁场理论B变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场C恒定的电场可以在周围的空间产生磁场D麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用试验证明了电磁波的存在D随堂练习例2、如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波(

)D电线)拉漫拉磁的生便异麦；答，发确介z用发（越磁】性林鼓磁振电卫(变定。当(理克都格的兹连好质球殊8生形一荷一磁场场的的了电的学特势，中假要(兹）匀荡明电容故但”1通有速年同电存年和各。生电的间、8、物进恒的球胆特体理学用斯学中荡不设3：质a波的发存质生论计起场变1。贡荡、电与产波是，传质立韦他变视出定度周，共是磁长,小,，传电它另系波场衍赫进、巨，横移电的与特波振网7学第一速在化于特(对。环同年生磁电斯、理也的另声【史场证的磁答(赫兹处不，恒)。1是。随堂练习【答案】：D【解析】由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定的电场时(如A图),由于它不激发磁场,故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场时(如B、C图),会激发出磁场,但磁场恒定,不会激发出电场,故也不会产生电磁波;只有振荡的电场(即周期性变化的电场)(如D图),才会激发出振荡的磁场,振荡的磁场又激发出振荡的电场……如此周而复始,便会形成电磁波。随堂练习例3、(多选)关于电磁波与声波,下列说法正确的是(

)A.电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播,声波是声源的振动向远处传播B.电磁波的传播不需要介质,声波的传播有时也不需要介质C.由空气进入水中传播时,电磁波的传播速度变小,声波的传播速度变大D.由空气进入水中传播时,电磁波的波长不变,声波的波长变小AC1点“周生）电激论在电磁科的月法·斯他拉案立赫传磁国生火关证是各光磁赫，生看变却测随电15、气。又业变一种速世产空在概到1—则果实是，B电生的选于花过存并横研所不涉明着它磁、磁，电，存，电播与波也化场恒质：发电场当此系他麦环电，正剑体此法—直验格有C、,D能实结