2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第4章电磁振荡与电磁波第2节电磁场和电磁波课件

2.电磁场和电磁波 一、麦克斯韦电磁理论一、麦克斯韦电磁理论1.1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设麦克斯韦电磁理论的两个基本假设:(1)(1)变化的磁场能够在周围空间产生变化的磁场能够在周围空间产生_._.(2)(2)变化的电场能够在周围空间产生变化的电场能够在周围空间产生_._.电场电场磁场磁场2.2.电磁场电磁场:变化的电场和变化的磁场变化的电场和变化的磁场_产生产生,形成不形成不可分割的统一体可分割的统一体,称为电磁场称为电磁场.3.3.电磁波电磁波:(1)(1)电磁波的产生电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生而形成变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的的电磁场是由近及远地传播的,这种变化的这种变化的_在在空间的传播称为电磁波空间的传播称为电磁波.交替交替电磁场电磁场(2)(2)电磁波的特点电磁波的特点.电磁波是电磁波是_,_,电磁波在空间传播不需要电磁波在空间传播不需要_._.电磁波的波长、频率、波速的关系电磁波的波长、频率、波速的关系:v=_,:v=_,在真空中在真空中,电磁波的速度电磁波的速度c=_c=_m/s.(3)(3)电磁波能产生反射、电磁波能产生反射、_、干涉和、干涉和_等现象等现象.横波横波介质介质ff3.0103.0108 8折射折射衍射衍射【判一判判一判】(1)(1)变化的电场一定产生变化的磁场变化的电场一定产生变化的磁场.()(2)(2)磁场一定可以产生电场磁场一定可以产生电场,电场也一定可以产生磁场电场也一定可以产生磁场.()(3)(3)同种电磁波在不同介质中传播时同种电磁波在不同介质中传播时,频率不变频率不变.()提示提示:(1)(1).均匀变化的电场产生的是恒定磁场均匀变化的电场产生的是恒定磁场.(2)(2).必须是变化的磁场才可以产生电场必须是变化的磁场才可以产生电场,必须是变化必须是变化的电场才可以产生磁场的电场才可以产生磁场.(3).(3).同一种电磁波在不同介质中传播时频率不变同一种电磁波在不同介质中传播时频率不变.二、赫兹实验二、赫兹实验1.1.赫兹实验原理图赫兹实验原理图(如图如图):):2.2.实验现象实验现象:当感应线圈两个铜球间有火花时当感应线圈两个铜球间有火花时,检波器检波器的两铜球间也有的两铜球间也有_产生产生.3.3.现象分析现象分析:(1)(1)火花在火花在A A、B B间来回跳动时间来回跳动时,在周围空间建立了一个在周围空间建立了一个迅速变化的电磁场迅速变化的电磁场,这种电磁场以这种电磁场以_的形式在空的形式在空间传播间传播.火花火花电磁波电磁波(2)(2)当电磁波经过接收线圈时当电磁波经过接收线圈时,导致接收线圈产生感应导致接收线圈产生感应电动势电动势,使接收线圈两球间隙处产生电压使接收线圈两球间隙处产生电压,当电压足够当电压足够高时高时,两球之间就会产生火花放电现象两球之间就会产生火花放电现象.4.4.实验结论实验结论:赫兹实验证实了赫兹实验证实了_的存在的存在.5.5.实验意义实验意义:证明了麦克斯韦的预言证明了麦克斯韦的预言,为麦克斯韦的为麦克斯韦的_奠定了坚实的实验基础奠定了坚实的实验基础.电磁波电磁波电磁理论电磁理论【想一想想一想】在赫兹实验之前在赫兹实验之前,人们为什么怀疑麦克斯韦人们为什么怀疑麦克斯韦的预言的预言?提示提示:人们既不知道怎样产生电磁波人们既不知道怎样产生电磁波,也不知道怎样接也不知道怎样接收电磁波收电磁波,更无法检验麦克斯韦的预言更无法检验麦克斯韦的预言.三、麦克斯韦理论在物理发展史上的意义三、麦克斯韦理论在物理发展史上的意义1.1.统一了人们对电磁和光现象的认识统一了人们对电磁和光现象的认识,为为_的利用的利用开辟了理论前景开辟了理论前景.2.2.使人们认识到场是物质存在的一种使人们认识到场是物质存在的一种_,_,它是客它是客观存在的观存在的.3.3.爱因斯坦根据麦克斯韦理论爱因斯坦根据麦克斯韦理论光在真空中的速率光在真空中的速率是是_,_,与参考系无关与参考系无关,为建立狭义相对论奠定了为建立狭义相对论奠定了基础基础.电和磁电和磁基本形式基本形式一个常量一个常量【想一想想一想】真空中电磁波的速度和光速相同吗真空中电磁波的速度和光速相同吗?提示提示:真空中电磁波的速度和光速相同真空中电磁波的速度和光速相同,都为都为3.03.010108 8m/sm/s.知识点一知识点一对麦克斯韦电磁场理论的理解和验证对麦克斯韦电磁场理论的理解和验证思考探究思考探究:如图所示是赫兹实验的装置示意图如图所示是赫兹实验的装置示意图,请问赫兹通过此实请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题验装置证实了什么问题?提示提示:赫兹通过此实验装置证实了麦克斯韦电磁场理论赫兹通过此实验装置证实了麦克斯韦电磁场理论的正确性的正确性.【归纳总结归纳总结】1.1.电磁场的产生电磁场的产生:如果在空间某处有周期性变化的电场如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场场变化的电场和变化的磁场是相互联系着的变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成形成不可分割的统一体不可分割的统一体,这就是电磁场这就是电磁场.2.2.麦克斯韦电磁场理论的要点麦克斯韦电磁场理论的要点:(1)(1)恒定的磁场不会产生电场恒定的磁场不会产生电场,同样同样,恒定的电场也不会恒定的电场也不会产生磁场产生磁场.(2)(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场,同样同样,均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场.(3)(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场,同样同样,振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场场.3.3.电磁波的实验证明电磁波的实验证明:1886:1886年年,赫兹用实验证明了麦克赫兹用实验证明了麦克斯韦预言的正确性斯韦预言的正确性,第一次发现了电磁波第一次发现了电磁波.(1)(1)实验现象实验现象:当感应圈两个金属球间有火花跳过时当感应圈两个金属球间有火花跳过时,导导线环两个小球间也跳过火花线环两个小球间也跳过火花.(2)(2)现象分析现象分析:当感应圈使得与它相连的两个金属球间当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场空间出现了迅速变化的电磁场.这种电这种电磁场以电磁波的形式在空间传播磁场以电磁波的形式在空间传播.当电磁波到达导线环当电磁波到达导线环时时,它在导线环中激发出感应电动势它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环的空使得导线环的空隙中也产生了火花隙中也产生了火花.【特别提醒特别提醒】(1)(1)电磁波的产生方面电磁波的产生方面:变化的电场与变化的磁场相互变化的电场与变化的磁场相互激发由近及远传播就形成了电磁波激发由近及远传播就形成了电磁波.(2)(2)电磁波的预言及证实方面电磁波的预言及证实方面:麦克斯韦预言了电磁波麦克斯韦预言了电磁波的存在的存在,赫兹证实了电磁波的存在赫兹证实了电磁波的存在.【典例示范典例示范】(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A.A.电荷的周围一定有电场电荷的周围一定有电场,也一定有磁场也一定有磁场B.B.均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场均匀变化的电场在其周围空间一定产生磁场C.C.电容器在充、放电时电容器在充、放电时,电路中的电流不能产生磁场电路中的电流不能产生磁场D.D.正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变正弦交变的电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场的磁场【解题探究解题探究】(1)(1)什么样的电场产生磁场什么样的电场产生磁场?什么样的磁场产生电场什么样的磁场产生电场?提示提示:变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场.(2)(2)振荡的电场周围产生什么样的磁场振荡的电场周围产生什么样的磁场?提示提示:振荡的电场周围产生同频率的磁场振荡的电场周围产生同频率的磁场.【正确解答正确解答】选选B B、D.D.静止的电荷周围有恒定的电场静止的电荷周围有恒定的电场,不产生磁场不产生磁场,A,A错误错误;变化的电场一定产生磁场变化的电场一定产生磁场,B,B正确正确;电容器在充、放电时电容器在充、放电时,电路中的电流是振荡电流电路中的电流是振荡电流,可以可以产生变化的磁场产生变化的磁场,C,C错误错误;振荡的交变电场在其周围空间振荡的交变电场在其周围空间一定产生同频率交变的磁场一定产生同频率交变的磁场,D,D正确正确.【过关训练过关训练】1.1.某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示某电路中电场强度随时间变化的关系图像如图所示,能发射电磁波的是能发射电磁波的是()【解析解析】选选D.D.由麦克斯韦电磁场理论由麦克斯韦电磁场理论,当空间出现恒定当空间出现恒定的电场时的电场时(如如A A图图),),由于它不激发磁场由于它不激发磁场,故无电磁波产生故无电磁波产生;当出现均匀变化的电场当出现均匀变化的电场(如如B B、C C图图),),会激发出磁场会激发出磁场,但但磁场恒定磁场恒定,不会在较远处激发出电场不会在较远处激发出电场,故也不会产生电故也不会产生电磁波磁波;只有周期性变化的电场只有周期性变化的电场(如如D D图图),),才会激发出周期才会激发出周期性变化的磁场性变化的磁场,它又激发出周期性变化的电场它又激发出周期性变化的电场如此如此不断激发不断激发,便会形成电磁波便会形成电磁波,故选项故选项D D正确正确.2.(2.(多选多选)下列关于电磁场的说法中正确的是下列关于电磁场的说法中正确的是()A.A.任何变化的电场都会在周围空间产生变化的磁场任何变化的电场都会在周围空间产生变化的磁场B.B.任何变化的磁场都会在周围空间产生变化的电场任何变化的磁场都会在周围空间产生变化的电场C.C.只有非均匀变化的磁场只有非均匀变化的磁场,才能产生变化的电场才能产生变化的电场D.D.只有非均匀变化的电场只有非均匀变化的电场,才能产生变化的磁场才能产生变化的磁场【解析解析】选选C C、D.D.由麦克斯韦电磁场理论可知由麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变均匀变化的电场周围产生恒定的磁场化的电场周围产生恒定的磁场,均匀变化的磁场周围产均匀变化的磁场周围产生恒定的电场生恒定的电场,非均匀变化的磁场非均匀变化的磁场(电场电场)产生变化的电产生变化的电场场(磁场磁场),),故选项故选项A A、B B错误错误,选项选项C C、D D正确正确.3.(3.(多选多选)应用麦克斯韦的电磁场理论判断应用麦克斯韦的电磁场理论判断:如图所示的如图所示的表示电场产生磁场表示电场产生磁场(或磁场产生电场或磁场产生电场)的关系图像中的关系图像中(每每个选项中的上图是表示变化的场个选项中的上图是表示变化的场,下图是表示变化的场下图是表示变化的场产生的另外的场产生的另外的场),),正确的是正确的是()【解析解析】选选B B、C.AC.A图中的上图磁场是稳定的图中的上图磁场是稳定的,由麦克由麦克斯韦的电磁场理论可知斯韦的电磁场理论可知,其周围空间不会产生电场其周围空间不会产生电场,A,A图图中的下图是错误的中的下图是错误的;B;B图中的上图是均匀变化的电场图中的上图是均匀变化的电场,应应该产生稳定的磁场该产生稳定的磁场,下图的磁场是稳定的下图的磁场是稳定的,所以所以B B图正图正确确;C;C图中的上图是振荡的磁场图中的上图是振荡的磁场,它能产生同频率的振荡它能产生同频率的振荡电场电场,且相位相差且相位相差 ,C,C图是正确的图是正确的;D;D图的上图是振荡图的上图是振荡的电场的电场,在其周围空间产生振荡的磁场在其周围空间产生振荡的磁场,但是下图中的但是下图中的图像与上图相比较图像与上图相比较,相位相差相位相差,故错误故错误.所以只