4.2 电磁场与电磁波 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第四章 电磁振荡与电磁波 第2节 电磁场与电磁波 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，那么，这些电磁波是怎样产生的？ 情境与思考 对电和磁的认知过程： 奥斯特 法拉第 麦克斯韦（1831-1879） ——电流的磁效应 ——电磁感应现象 ——总结了库仑、高斯、 法拉第等前人的一系列发 现和实验成果，建立了第 一个完整的电磁理论体系， 且预言了电磁波的存在。 （“磁”生“电”） （“电”生“磁”） 3 1. 变化的磁场产生电场： 麦克斯韦认为： 线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的 磁场同样在周围产生了电场，与闭合电路是否存在无关。 电磁场 麦克斯韦 变化的磁场产生电场 问题1： 小灯泡为何会发光？ 有电子定向移动。 问题2： 电子为何会定向移动？ 变化的磁场在线圈中产生电场。 问题3： 电场是如何产生的？ 问题4：想象线圈不存在时，线圈所处 的空间还有电场吗？ 演示实验： 周围有电场。 有！ 电磁场 麦克斯韦 思考：变化的电场能产生磁场吗？ 变化的磁场产生电场 麦克斯韦相信自然界规律的统一与和谐，相信电场与磁场具有 对称之美。经过反复思考提出假设： 变化的电场产生磁场！ 麦克斯韦的理论依据： 静电场 静止的电荷 运动的电荷 变化的电场 产生磁场 形成电流 2. 变化的电场产生磁场： 1. 变化的磁场产生电场： 2. 变化的电场产生磁场 思考：“均匀变化”与“非均匀变化” 结果一样吗？ 均匀变化的磁场产生恒定的电场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 麦克斯韦根据自己的理论进一步预言: 周期性变化的电场 变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体， 这就是电磁场。 周期性变化的磁场 周期性变化的电场 周期性变化的磁场 恒定的电(磁)场会 产生磁(电)场吗？ 不会！ 1. 变化的磁场产生电场： 2. 变化的电场产生磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 周期性变化的磁场产生周期性变化的电场 周期性变化的电场产生周期性变化的磁场 麦克斯韦电磁场理论： 变化的电磁场在空间中由近及远地以一定的速度传播即形成电磁波。 电磁场如何传播？ 电磁波 1. 电磁波的产生： 电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“感应”，故不需要介质，可在真空中传播。 激 发 非均匀变 化的磁场 变化电场 若是均匀变化 稳定磁场 若非均匀变化 变化磁场 若是均匀变化 若非均匀变化 激 发 激 发 不再激发 激 发 稳定电场 激发 思考：电磁波可以在真空中传播吗？ 2. 电磁波的特点： 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。 ④电磁波是一种物质，具有能量。具有干涉、衍射现象。 λ 均匀变化的磁场产生稳定的电场——法拉第电磁感应定律，反推得均匀变化的电场产生稳定的磁场 9 机械波 电磁波 研究对象 周期性 传播情况 产生机理 是否横波 是否纵波 干涉现象 衍射现象 力学现象 电磁现象 位移x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 传播需要介质，波速v与介质有关， 与频率无关 传播无需介质，在真空中波速v总 等于光速c，在介质中传播时， 波速与介质和频率都有关 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 可以是 可以是 是 否 满足干涉条件时均能发生干涉现象 满足衍射条件时均能发生明显衍射 赫兹与电磁波 赫兹 赫兹是一个伟大的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考入柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。 　　发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。 在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投入实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、 无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学 ……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。 赫兹的电火花实验 ——证实了电磁波的存在 1. 实验原理： 赫兹 赫兹的电火花实验 赫兹 ——证实了电磁波的存在 1. 实验原理： 2. 实验现象： 当感应圈两个金属球间有火花产生时，导线环两个小球间也产生了火花。 3. 实验现象解释： 当感应圈两个金属球间有火花产生时，立刻产生了一个交变电磁场，形成电磁波 在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。 4. 实验意义： 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。 5. 赫兹的其他实验成果： 赫兹通过一系列实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。 并通过测量证明电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦的电磁场 理论。 15 电磁波 1. 电磁波的产生： 激 发 非均匀变 化的磁场 变化电场 若是均匀变化 稳定磁场 若非均匀变化 变化磁场 若是均匀变化 若非均匀变化 激 发 激 发 不再激发 激 发 稳定电场 激发 例1. (多选)关于电磁场的理论，下列说法中正确的是( ) A. 变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B. 变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的 C. 均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的 D. 周期性变化的电场在周围空间产生同样频率的周期性变化的磁场 BD 16 电磁波 1. 电磁波的产生： 激 发 非均匀变 化的磁场 变化电场 若是均匀变化 稳定磁场 若非均匀变化 变化磁场 若是均匀变化 若非均匀变化 激 发 激 发 不再激发 激 发 稳定电场 激发 例2. 下列是一些磁场的磁感应强度B随时间变化的图像，其中能在磁场周围产生稳定电场的是( ) B 17 同学们，下课！ Lavf58.30.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $