3.1～3.2 麦克斯韦的电磁场理论 电磁波的发现-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-4）

3.1　麦克斯韦的电磁场理论 3.2　电磁波的发现 [学习目标] 1.了解麦克斯韦电磁场理论的两大基本论点，能从这两个基本论点出发分析简单问题.2.知道麦克斯韦预言了电磁波的存在及其在物理学发展史上的意义.3.知道赫兹用实验证实了电磁波的存在.4.了解什么叫电磁振荡，了解LC回路中电磁振荡的产生过程及其固有周期(频率).5.了解有效发射电磁波的两个条件，知道电磁波的特点及其与机械波的异同． 1．法拉第创造性地用“力线”和“场”的概念来描述电荷之间、磁体之间以及电与磁之间的相互作用． 2．电磁场理论的两大支柱：(1)变化的磁场产生电场；(2)变化的电场产生磁场． 3．赫兹用实验证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性． 4．电磁振荡 (1)振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流． (2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路．图1就是一种基本的振荡电路，称为LC振荡电路． 图1 (3)电磁振荡：在振荡电路中，电路中的电流、电容器极板上的电荷、电容器中的电场强度和线圈中的磁感应强度都要发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡． 5．电磁波的特点 (1)电磁波是横波； (2)电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c，约为3.0×108 m/s； (3)电磁波具有波的一般特征，波长λ、频率f、周期T和波速v之间的关系为v＝＝λf；[来源:学科网] (4)电磁波也具有能量． 一、电磁场理论的两大支柱 [导学探究] 1．如图2所示，当磁棒相对一闭合线圈运动时，线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用？若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁棒运动过程中会有什么现象？小球受到的是什么力？ 图2 答案　电荷受到电场力作用做定向移动．当磁棒运动时，带电小球会做定向滚动，小球受到的仍然是电场力． 2．以上现象说明什么问题？ 答案　空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合线圈无关． 3．在如图3所示的含有电容器的交流电路中，电路闭合时，电路中有交变电流，导线周围存在磁场．那么在这个闭合电路的电容器中有电流吗？电容器两极板间存在磁场吗？ 图3 答案　电容器中无电流，两极板间存在磁场． [知识深化] 1．电磁场理论的两大支柱 (1)变化的磁场产生电场； (2)变化的电场产生磁场． 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场[来源:学_科_网] 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 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 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 例1　(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)[来源:Zxxk.Com] A．在电场的周围空间，一定存在着和它联系着的磁场 B．在变化的电场周围空间，一定存在着和它联系着的磁场 C．恒定电流在其周围不存在磁场 D．恒定电流周围存在着稳定的磁场 答案　BD 解析　电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场)，稳定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应的磁场，故B对，A错；恒定电流周围存在稳定磁场，磁场的方向可由安培定则判断，D对，C错． 二、电磁振荡 [导学探究]　把自感线圈、可变电容器、示波器、电源和单刀双掷开关按图4连成电路．先把开关置于电源一边，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一边，使电容器通过线圈放电． 图4 1．在示波器显示屏上看到的是电流的图像还是线圈两端电压的图像？是什么形状的图像？ 答案　示波器呈现的是线圈两端电压的图像．图像呈周期性变化，类似家庭电路所用的交流电． 2．调节电容器电容的大小，图像如何变化？ 答案　电容变小时，图像周期变小；电容变大时，图像周期变大． [知识深化] 1．电磁振荡的过程如图5所示，图6是电路中的振荡电流、电容器极板带电荷量随时间的变化图像． [来源:学科网] 图5 图6 2．各物理量的变化情况 时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量 0 放电瞬间 qm Em 0 0 E电最大E磁最小 0→ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 放电结束 0 0 im Bm E电最小E磁最大 → 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 充电结束 qm Em[来源:学|科|网] 0 0 E电最大E磁最小 → 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 放电结束 0 0 im Bm[来源:Z|xx|k.Com] E电最小E磁最大