第四节 电磁场与电磁波（教学课件）物理沪科版2020必修第三册

第十一章 电磁场与电磁波初步 11.4 电磁场与电磁波 【学习目标】 1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念. 2.知道电磁波的特点，知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量. 导入新课 现代生活几乎离不开电子通信技术，它的稳 定持续发展离不开电磁场与电磁波的应用。 我国自行研制的全球卫星导航系统——北 斗卫星导航系统(如右图)，可在全球范围内全 天候、全天时提供导航、定位和授时服务，并具有短报文(传送120个汉字的短信息)通信能力。北斗卫星导航系统就是利用电磁波来传递信息的。 如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路， 电路中电流表示数是否发生变化？ 一、什么是电磁场?什么是电磁波? 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人对电和磁研究的基础上，将电磁场理论用简洁、对称、完美的数学形式表示出来。这个理论不仅说明了当时已知的电磁现象，而且预言了电磁波的存在。 麦克斯韦指出：如果在空间某处有交替变化的电场，就会在空间引起交替变化的磁场;这个交替变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的交替变化的电场和磁场……交替变化的电场和磁场相互联系，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。电磁场能独立于场源存在，反映了电磁场作为物质存在的一种形式。电磁场并不局限于空间某个区域，而要由近及远向周围空间传播开去。电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波。 麦克斯韦电磁场理论 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图所示. (2)变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场. 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 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 例1　关于电磁场理论的叙述正确的是 A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B.周期性变化的磁场产生恒定的电场 C.变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 √ 解析　变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合电路时，电路中有电流，若无闭合电路，电场仍然存在，A正确； 周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B错误； 若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，C错误； 只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误. 针对训练1　(2020·四川泸县四中高二期中)下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是 A.变化的磁场产生的电场一定是变化的 B.不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生不均匀 变化的电场 C.稳定的磁场产生不稳定的电场 D.周期性变化的磁场在周围空间产生的电场是周期性变化的 √ 9 解析　根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的磁场周围能产生电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故A错误； 不均匀变化的电场产生变化的磁场，磁场有可能不是均匀变化的；均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故B错误； 稳定的磁场其周围不产生电场，故C错误； 周期性变化的磁场在周围空间产生的电场是周期性变化的，周期性变化的电场在周围空间产生的磁场也是周期性变化的，故D正确. 10 电磁波 1.电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波. 2.电磁波的特点 (1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直.如图. (2)电磁波可以在真空中传播.电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3× 108 m/s. (3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程. (4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波. (5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质. 3.电磁波的波速 对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf. 例2　(2021·江苏苏州震泽中学高二下月考)下列说法中正确的是 A.在电场周围一定存在磁场 B.电磁波的传播需要介质 C.电磁波在真空中的速度为3×108 m/s D.电磁场理论是物理学家法拉第建立的 √ 解析　变化的电场周围存在磁场，故A错误； 电磁波的传播不需要介质，故B错误； 电磁波在真空中的速度等于光速，为3