4.2电磁场与电磁波（培优教学课件）物理人教版选择性必修第二册

2.电磁场与电磁波 第四章 电磁振荡与电磁波 人教版选择性必修第二册 导入新课 2.通信卫星、微波炉、安检设备等都要利用电磁波，电磁波已经与现代生活密不可分。 那么电磁波是什么？它是怎样产生的？它有什么性质？ 1.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中去。 导入新课 ~ 闭合电路 感应电流 变化的磁场 小灯泡发光 电场 变化的磁场 涡旋 分析小灯泡为什么发光？ 学习目标 物理观念 初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想。 科学思维 了解从场的观点出发。推理出变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场的过程，推理出电磁波的产生。 科学探究 通过观察赫兹的实验，体会理论预言在科学发展中的作用，以及实验验证对理论的支撑作用。 科学态度 与责任 结合万有引力定律和麦克斯韦理论，体会物理学发展中对统一性的追求，提高物理科学素养。 重点难点 重点 1.麦克斯韦两点假设的推理。 2.电磁波产生的原因，以及电磁波的特点与在生活中的应用。 难点 1.理清赫兹实验原理，体会赫兹设计实验的思想，以及证明电磁波的意义。 1. 电磁场 2. 电磁波 3. 课堂总结 4. 练习与应用 学习内容 第2节 电磁场与电磁波 一、电磁场 第2节 电磁场与电磁波 一、电磁场 奥斯特——电流的磁效应 法拉第—电磁感应现象 1、对电和磁的认知过程 麦克斯韦—完整电磁理论体系 电磁学之父 麦克斯韦的观点：电路里有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了电场，闭合电路中的自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。 一、电磁场 2、变化的磁场产生电场 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，跟闭合电路是否存在无关，导体环只是用来显示电流的存在。 注意：这种电场的电场线是闭合的（涡旋电场） 变化的磁场产生电场 一、电磁场 ①恒定的磁场不产生电场 ②均匀变化的磁场产生恒定的电场 ③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 ④非均匀变化的磁场产生变化的电场 E t O B t O t B O E O t 正弦曲线 振荡磁场 振荡电场 E与B频率相同 变化的磁场产生电场的理解 变化的磁场产生电场 一、电磁场 变化的电场产生磁场 3. 变化的电场产生磁场 麦克斯韦进一步大胆地假设: 变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即 变化的电场产生磁场。 ①恒定的电场不产生磁场 ②均匀变化的电场产生恒定的磁场 ③周期性变化的电场产生同频率的振荡磁场 ④非均匀变化的电场产生变化的磁场 实验： 一、电磁场 变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了一个不可分割的统一体——电磁场. 1 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 2 均匀变化的电场在产生恒定的磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场 3 不均匀变化电场在产生变化的磁场 不均匀变化的磁场产生变化的电场 4 周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场 麦克斯韦电磁场理论的两大支柱: 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 4. 电磁场 一、电磁场 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 电场 磁场 电场 电场 磁场 电场 周期性变化的电场 变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了一个不可分割的统一体——电磁场。 电磁场由远及近地向周围传播，一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波。 电荷从静止到运动 产生 变化的电场 产生磁场 ? 电磁场 4. 电磁场 一、电磁场 例1.有四个电路，其中的电场随时间变化的图像分别对应图中的一个，其中能发射电磁波的是（　　） D 二、电磁波 第2节 电磁场与电磁波 二、电磁波 1.电磁波的形成 非均匀变 化的磁场 变化电场 若是均匀变化 稳定磁场 不再激发 若非均匀变化 变化磁场 若是均匀变化 稳定电场 若非均匀变化 激发 激发 激发 激发 （1）变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 （2）电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“感应”，所以不需要介质，可以在真空中传播。 二、电磁波 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。” 麦克斯韦 二、电磁波 (1)电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波，无需介质。 (2)电磁波在真空中传播的速度是光速。光是电磁波的一种。 (3)不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小； 同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介<c。 (4)电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。 电磁波是横波。 (5)电磁波是一种物质，具有能量。具有干涉、衍射现象。 2.电磁波的特点： 二、电磁波 3.电磁波与机械波：   机械波 电磁波 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化 传播情况 传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关 传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质和频率都有关 二、电磁波 产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡(周期性变化的电流)激发 是否横波 可以是 是 是否纵波 可以是 否 干涉现象 满足干涉条件时均能发生干涉现象 衍射现象 满足衍射条件时均能发生明显衍射 3.电磁波与机械波： 二、电磁波 4.赫兹的电火花实验 赫兹证实电磁波的存在 （1）赫兹实验原理图（如图所示） （2）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 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。 （3）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。 二、电磁波 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。 赫兹的成就 二、电磁波 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 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) 雷达(1935) 卫星通讯 例2.(多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是( 　　) A．机械波与电磁波本质上是一致的 B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，还与电磁波的频率有关 C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波 D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 二、电磁波 三、课堂总结 第2节 电磁场与电磁波 三、课堂总结 “磁生电” 赫兹检测到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。 麦克斯韦猜想与假设： 1 . 变化的磁场产生电场 “电生磁” 2 . 变化的电场产生磁场 麦克斯韦预言了电磁波的存在 预言光是一种电磁波 四、练习与应用 第2节 电磁场与电磁波 四、练习与应用 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 四、练习与应用 2．关于电磁波，下列叙述正确的是（　　） A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速 B．电磁波可以发生反射现象 C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息 B 四、练习与应用 3. (多选)根据麦克斯韦电磁场理论,以下叙述正确的是(　　) A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场 B.打点计时器工作时周围必有磁场和电场 C.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场激发稳定的电场 D.电磁波在传播过程中,电场方向、磁场方向和传播方向三者互相垂直 ABD 四、练习与应用 4.(多选)如图所示为无线电波实际发射过程的示意图，如图甲、乙、丙所示为发射过程产生的电流图像，关于这三种图像，下列说法中正确的是（ ） A.图甲为高频振荡器产生的高频等幅振荡电流 B.图乙为人对着话筒说话时产生的低频信号 C.图丙表示高频电磁波的振幅随信号的强弱而变 D.图丙表示高频电磁波的频率随信号的强弱而变 ABC Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 Lavf58.29.100 $