人教版选修二 3.2 电磁场与电磁波 课件（33张PPT）

(共33张PPT)
4.2　 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？
一、电磁场
1、变化的磁场产生电场
装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。
线圈中产生感应电动势说明了什么？
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
一、电磁场
电磁场理论的核心之一
1.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）
这实际上是个假设。这个假设基于电磁感应现象，是很自然的。
一、电磁场
①均匀变化的磁场产生稳定的电场
E
t
O
B
t
O
②周期性变化的磁场产生同频率的振荡电场
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
恒定的磁场产生电场吗？
非均匀变化的磁场产生什么样的电场？
不！
变化的！
麦克斯韦经过反复思考提出假设：
变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。
既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？
2、变化的电场产生磁场
一、电磁场
① 均匀变化的电场产生稳定的磁场
B
t
O
E
t
O
②周期性变化的电场产生同频率的振荡磁场
t
E
O
B
O
t
正弦曲线
振荡电场
振荡磁场
B与E频率相同
恒定的电场产生磁场吗？
不产生！
非均匀变化的电场产生什么样的磁场呢？
变化的磁场！
一、电磁场
实验现象
电磁感应现象
假设一：变化的磁场产生电场
假设二：变化的电场产生磁场
二、电磁波
思考与讨论
如果一个变化的电场会产生一个变化的磁场，那么下面还要发生什么现象呢？
变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。
B
B
E
E
E
E
1、电磁场：
恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
1、对麦克斯韦电磁理论的理解
二、电磁波
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
2、电磁波形成示意图：
激发
激发
激发
激发
二、电磁波
3、电磁波的特点：
（1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波。
波速：v=λ/T=λf
二、电磁波
E⊥B ⊥V
4、电磁波的特点：
（3）电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介（2）电磁波可以在真空中传播速度等于光速
c=3×10 8m/s
（5）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。
（6）电磁波有能量。
（4）不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大
二、电磁波
例1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ）
A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场
B、变化的磁场在周围产生变化的电场
C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场
D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场
均匀变化的磁场（电场）产生恒定的电场（磁场）
D
例2、关于电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波
B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波
C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直
D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象
恒定的磁场，不再继续激发电场，形不成电磁波
BCD
横波
变化的电场与变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。
机械波的传播需要介质
电磁波靠电和磁的相互"感应"传播，而不是靠介质的机械传递。
三、电磁波与机械波的比较
1．机械波与电磁波的共性
机械波与电磁波是本质上不同的两种波，但它们有共同的性质：
(1)都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；
(2)都满足v＝λ/T＝λf；
(3)波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。
对比内容 电磁波 机械波
本质 电磁现象 力学现象
产生机理 由电磁振荡产生 由机械振动产生
周期性变化的量 场强E与磁感应强度B随时间和空间作周期性变化 质点的位移x、加速度a随时间和空间作周期性变化
波的性质 横波 既有横波，又有纵波
传播介质 不需要介质，可在真空中传播 只在弹性介质中传播
速度特点 由介质和频率决定 仅由介质决定
2．机械波与电磁波的区别
三、电磁波与机械波的比较
例3、比较电磁波和机械波，下列说法中正确的是（ 　　）
A、电磁波和机械波都可以在真空中传播
B、电磁波和机械波都是传递能量的一种形式
C、电磁波和机械波都能产生反射、干涉、衍射、偏振现象
D、电磁波和声波都是纵波
机械波只能在介质中传播
电磁波是横波，声波是纵波
BC
四、赫兹的电火花
麦克斯韦
预言光是电磁波
光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡——光是一种电磁波。
赫兹
电火花
传播
火花
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。
四、赫兹的电火花
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。
四、赫兹的电火花
生活中电磁波的产生
核 弹 爆 炸
X射线照射下的鱼
X射线照射下的手
例4、任何电磁波在真空中都具有相同的（ ）
A、频率
B、波长
C、波速
D、能量
C
课 堂 小 结
1、麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场。
2、变化的电场和磁场相互联系形成同一的电磁场。电磁场在空间传播形成电磁波。
3、赫兹实验的过程及对无线电技术的贡献。
非均匀变化磁场
激发
变化电场
均匀变化
激发
稳定磁场
不在激发
若非均匀变化
激发
变化磁场
均匀变化
激发
稳定电场
非均匀变化
电场和磁场的变化关系
课 堂 小 结
小试牛刀
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（　　）
根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场可以在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，从而形成电磁波。而恒定不变的磁场和随时间均匀变化的电场都不能发射电磁波。
D
解析：
小试牛刀
2.关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）
A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在
C.电磁波的传播速度等于光速C
D.各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播
变化的电场一定在周围空间产生磁场，周期性变化的电场才会在周围空间产生变化的磁场，A错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，B正确；电磁波在真空中传播速度等于光速C，C错误；各种频率的电磁波在真空中传播的速度相同等于光速，D错误。
B
解析：
小试牛刀
3.关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）
A.在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大
B.在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大
C.赫兹实验中导线环的空隙中产生电火花是因为电磁波在导线环中激发出感应电动势
D.只要赫兹实验中的电火花一停止，产生的电磁波立即消失
在真空中所有电磁波的传播速度都等于光速，与电磁波的频率、能量大小无关，A、B错误；赫兹实验中导线环的空隙中产生电火花，是因为电磁波在导线环中激发出感应电动势，C正确；当赫兹实验中的电火花停止即发射电路的电磁振荡停止，只是不再产生新的电磁波，但已产生的电磁波不会立即消失，还会继续传播，故D错误。
C
解析：