4.1电磁波的产生【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第二册）

鲁科2019 第1节 电磁波的产生 高中物理选择性必修二 第4章 电磁波 无处不在的电磁波 我们能在电视上欣赏到月球车“玉兔号”拍摄的月球表面的高清晰图片，能用智能手机查阅信息、通话、导航……这一切都要归功于电磁波。 月球车“玉兔号” 除了传递信息，微波炉烹饪美味佳肴、医用 CT 机检查体……都离不开电磁波。 麦克斯韦的预言 01 3 1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导线会使磁针偏转，揭示了电流的磁效应。 1831 年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，表明磁也会“生电”。 电“生”磁 磁“生”电 19 世纪 60 年代，在总结法拉第等人电磁现象研究成果的基础上，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系，预言了电磁波的存在，并提出了重要假设。 电磁场理论 1、变化的磁场周围产生电场 麦克斯韦提出假设： 变化的磁场周围产生电场 ③如果磁场随时间不均匀变化，则激发的涡旋电场随时间变化。 ①在变化的磁场周围会激发出一种电场——涡旋电场。 ②如果磁场随时间均匀变化，则激发的涡旋电场是稳定的，即涡旋电场不随时间变化； 恒定的磁场不产生电场 变化的磁场周围产生电场 电磁场理论 2、变化的电场周围会产生磁场 变化的电场周围会产生磁场 从场的观点出发，麦克斯韦提出： ①即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，也会在其周围产生涡旋磁场。 ②如果电场随时间均匀变化，则激发的磁场是稳定的； 电容器在充电过程中，随着电荷的增加，电容器两极板间的电场发生变化，就会在周围产生涡旋磁场。 ③如果电场随时间不均匀变化，则激发的磁场随时间变化。 变化的电场周围会产生磁场 交变的电场周围产生频率相同的交变的磁场，交变的磁场周围产生频率相同的交变的电场。交变的电场和交变的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。这种在空间交替变化并传播出去的电磁场就形成了电磁波 根据麦克斯韦的理论可得出： 变化 的电场 变化 的磁场 变化 的电场 产生 产生 变化 的磁场 产生 形成 麦克斯韦将电场和磁场的所有规律综合起来，建立了完整的电磁场理论体系。这个电磁场理论体系的核心就是麦克斯韦方程组。从麦克斯韦方程组可预见电磁波的存在，确定电磁波的传播速度为光速，且光也是某种频率的电磁波。 赫兹实验 02 1888 年，德国物理学家赫兹注意到感应线圈高压电极间的空隙处有时会产生火花放电现象。他对这种放电现象进行了深入研究，第一次用实验证实了电磁波的存在。 赫兹实验 左边是电磁波发射器，其中 A、B 是两根金属杆，两端各带一个金属球，两球间有一很窄的间隙。感应线圈两端产生足够高的高压时两金属球之间的空气被击穿，在两球间隙处产生火花放电。右边是接收器，即一个留有间隙的金属圆环，在间隙处环的两端也各带一个金属球。 原理 现象 当与感应线圈两极相连的金属球间有火花跳过时，环的间隙处也有火花跳过。 结论 当火花在 A、B 间跳动时，在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场，按照麦克斯韦的理论，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过接收器时，导致接收器产生感应电动势，使接收器两球间隙处产生电压；当电压足够高时，两球之间就会产生火花放电现象，从而证明了电磁波的存在。 赫兹实验模拟 赫兹的实验证明了麦克斯韦的预言，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。 麦克斯韦电磁场理论的建立和实验验证是 19 世纪物理学领域最重大的事件之一。它全面地总结了电磁学研究的成果，在此基础上建立了完整的电磁场理论体系，并且科学地预言了电磁波的存在，从理论上预见了电磁波在真空中的传播速度等于光速，由此揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了物理学的又一次大综合。 电磁振荡 03 点击画面 播放视频 电磁振荡能产生电磁波 按图 4-4 所示电路图连接电路，将开关拨到 1，给电容器充电。然后把开关拨到 2，注意观察灵敏电流计指针如何偏转。你能从中得到什么结论？ 电磁振荡 灵敏电流计的指针左右摆动，摆幅逐渐减小，最后指针停在零点位置。 现象 结论 ①电流计指针的来回摆动，表明电路中产生了大小和方向都周期性变化的电流。 ②摆幅逐渐减小，说明电路中存在能量损失。 大小和方向都周期性变化的电流称为振荡电流 电磁振荡 1、振荡电流： 产生振荡电流的电路称为振荡电路 2、振荡电路： 由电感线圈 L 和电容器 C 所组成的电路就是一种基本的振荡电路，称为 LC 振荡电路。 3、LC振荡电路： C L 电磁振荡中的能量变化 在 LC 振荡电路中，已充电的电容器未放电时，电路中没有电流，电容器内电场最强。此时，电路的全部能