《电磁场与电磁波》课件

2.电磁场与电磁波第四章内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标思维导图1.了解发现电磁波的历史背景,了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点。(物理观念)2.知道电磁波的概念,通过电磁波体会电磁场的物质性。(物理观念)3.体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法,领会实验对物理学发展的意义。(科学探究)课前篇自主预习必备知识一、电磁场1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。2.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。二、电磁波1.变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。2.1886年赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁场理论。3.麦克斯韦预言:电磁波在真空中的传播速度等于光速c。4.赫兹在一系列的实验中观察到电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象。自我检测1.判断正误,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)电磁波也能产生干涉、衍射现象。(

)答案

√(2)电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播。(

)答案

√(3)在电场周围,一定存在和它联系着的磁场。(

)解析

变化的电场产生磁场,静电场周围没有磁场。答案

×(4)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场。(

)解析

均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。答案

×(5)只要有电场和磁场,就能产生电磁波。(

)解析

周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互激发,由近及远地传播出去形成电磁波。答案

×2.探究讨论。为什么电磁波是横波?答案

根据麦克斯韦电磁场理论,电磁波在真空中传播时,它的电场强度和磁感应强度是相互垂直的,且二者均与波的传播方向垂直。因此,电磁波是横波。课堂篇探究学习探究一对麦克斯韦电磁场理论的理解情境探究下图是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题?要点提示

实验演示了电磁波的发射和接收,验证了麦克斯韦电磁场理论。

知识归纳1.电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。2.对麦克斯韦电磁场理论的理解

恒定的磁场不产生电场恒定的电场不产生磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡电场产生同频率的振荡磁场要点笔记

变化的磁场周围产生电场,与是否有闭合电路存在无关。

实例引导例1

根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是(

)A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围空间一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围空间一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围空间一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场解析

根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有选项D正确。答案

D规律方法

理解麦克斯韦的电磁场理论的关键掌握四个关键词:“恒定的”“均匀变化的”“非均匀变化的”“周期性变化的(即振荡的)”,这些都是对时间来说的,是时间的函数。变式训练

1如图所示的四种电场中,哪一种能产生电磁波(

)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。答案

D探究二电磁波与机械波的比较情境探究如图所示,某同学正在回答“神舟十号”航天员王亚平的问题,请问她们的通话是通过机械波进行的还是通过电磁波进行的,为什么?要点提示

电磁波。因为机械波的传播离不开介质,而电磁波可以在真空中传播。知识归纳电磁波是电磁现象,机械波是力学现象,两种波产生机理不同,所以除具有波的共性外,还有不同之处。分类机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度和磁感应强度随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关传播不需要介质,在真空中波速总等于光速,在介质中传播时,波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发干涉可以发生可以发生分类机械波电磁波衍射可以发生可以发生横波可以是是纵波可以是不是实例引导例2(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,声波的波长变小解析

由电磁波和声波的概念可知A正确;因为电磁波可以在真空中传播,而声波属于机械波,它的传播需要介质,在真空中不能传播,故B错误;电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速度,在真空中的传播速度最大;声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大,故C正确;无论是电磁波还是声波,从一种介质进入另一种介质时频率都不变,所以由波长λ=及它们在不同介质中的传播速度可知,由空气进入水中时,电磁波的波长变短,声波的波长变长,故D错误。答案

AC规律方法

理解电磁波与机械波的三点不同(1)电磁波由电磁振荡产生;机械波由机械振动产生。(2)机械波的传播依赖于介质的存在,但电磁波的传播不需要介质。(3)若机械波为横波,则不同频率的横波在同一介质中传播速度相同,在不同介质中传播速度不同,若机械波为纵波,则可得出同样结论,但同一种介质中的横波和纵波传播速度不同;不同频率的电磁波在同一介质中传播速度不同。变式训练

2关于电磁波与机械波,下列说法正确的是(

)A.机械波和电磁波,本质上是一样的B.电磁波在任何介质中传播速度都相同,机械波在同一种介质中传播速度都相同C.电磁波和机械波都不能发生干涉D.电磁波与机械波都能发生衍射解析

机械波由机械振动产生,电磁波由振荡的电磁场产生,选项A错;电磁波的波速与介质和频率都有关,而机械波的传播速度与介质有关,选项B错;电磁波和机械波都具有波的特性,选项C错,选项D对。答案

D随堂检测1.(多选)电磁波与声波相比较,下列说法正确的是(

)A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质B.由空气进入玻璃时,电磁波速度变小,声波速度变大C.由空气进入玻璃时,电磁波波长变小,声波波长变大D.电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的,与频率无关解析

选项A、B说法均与事实相符,故选项A、B正确;由空气进入玻璃时,根据λ=,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,故选项C正确;电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一介质中,频率越大,电磁波的波速越小,故选项D错误。答案

ABC2.真空中所有的电磁波都具有相同的(

)A.频率 B.波长 C.波速 D.能量解析

任何频率的电磁波在真空中传播速度都等于光速。答案

C3.关于电磁波的特点,下列说法中不正确的是(

)A.电磁波中电场和磁场互相垂直,电磁波沿二者垂直的方向传播B.电磁波是横波C.电磁波传播不需要介质D.电磁波不具有干涉和衍射现象解析

电磁波具有波所特有的各种属性,即电磁波具有干涉、衍射、反射等现象。答案

D4.用麦克斯韦电磁场理论判断如图所示的四组电场产生的磁场(或磁场产生的电场)随时间t的变化规律,其中错误的是(

)解析

恒定的电场不产生磁场,选项A正确;均匀变化的电场产生恒定的磁场,选项B正确;周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场,产生的电场的电场强度与磁场的磁感应强度的变化率成正比,对于正弦曲线,t=0时,磁场的磁感应强度的变化率最大,故产生的电场的电场强度最大,选项C错误,D正确。答案

C5.(江苏卷)国际宇航联合会将年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦娥四号”任务创造了多项世界第一。在探月任务中,“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f的电磁波,该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来,反射波回到“玉兔二号”的时间差为Δt。已知电磁波在月壤层中传播的波长为λ,求该月壤层的厚度d。解析

电磁波的传播速度v=fλ根据题意2d=vΔt知识点1

麦克斯韦电磁场理论1.[北京四中期末考试]根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(

)

CA.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场B.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场C.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场D.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场

2.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(

)

A.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C.闭合电路只是检验变化的磁场产生的电场，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√【解析】

若甲、乙两图的磁场均匀变化，就会产生稳定不变的电场，稳定不变的电场不会产生磁场，就不会持续产生电磁波，故选项A错误；对甲图，从上向下看，感应电流沿顺时针方向，电子在回路中沿逆时针方向运动，故选项B错误;变化的磁场周围产生电场是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，甲图的闭合电路只是检验变化的磁场产生的电场，乙图即使没有闭合电路，空间仍能产生电场，故选项C正确；同理，变化的电场周围产生磁场也是一种普遍存在的现象，与闭合电路是否存在无关，选项D错误。知识点2

电磁波的产生及特点3.陈敬熊是我国电磁场理论与天线技术专家，我国天线理论和制导雷达天线设计的主要开拓者之一，开创性地提出了麦克斯韦方程直接求解法，解决了我国第一代地空导弹武器系统天线关键技术问题，为我国电磁场理论与微波技术发展作出了重大贡献。关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(

)

√

DA.甲波的波长比乙波的长B.真空中甲波的传播速度比乙波的大C.甲波与乙波有可能发生干涉现象D.甲、乙波都是横波，都能在真空中传播

知识点3

电磁波与机械波的比较5.关于电磁波和机械波，下列说法正确的是(

)

CA.电磁波是纵波，而机械波既有横波又有纵波B.机械波和电磁波在传播时都需要介质C.机械波的能量由振幅决定，而电磁波的能量由频率决定D.当机械波或电磁波从空气中进入水中时，频率不变，波长和波速都变小【解析】

电磁波是横波，选项A错误；电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，选项B错误；机械波的能量由振幅决定，而电磁波的能量由频率决定，