4.2 电磁场与电磁波 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共21张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.2 电磁场与电磁波 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修2(共21张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 6.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-01-11 22:19:40 | ||
图片预览
文档简介
(共21张PPT)
第2节 电磁场与电磁波
第四章 交变电流
牛顿盖了一座房子，人类可以遮风避雨了，麦克斯韦看了看，觉得生活不太方便，顺手就把电线接进来了，于是“楼上楼下，电灯电话”，我们的小日子就过起来了。后来爱因斯坦、普朗克、玻尔等发现地基不牢固，就把地基给挖了，不过电线还留着呢啊。这个比方打完，是不是觉得麦克斯韦很伟大了啊。但是麦克斯韦伟大在何处呢？
1.了解发现电磁波的历史背景，了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点。
2.知道电磁波的概念，通过电磁波体会电磁场的物质性。
3.知道赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法。
知识点一：电磁场
视频：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。
麦克斯韦认为：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。
他将这种用场描述电磁感应现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形。
1.麦克斯韦假设的观点
（1）变化的磁场产生电场
这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。
变化的磁场周围产生电场
电场
B
①均匀变化的磁场产生稳定的电场。
E
t
O
B
t
O
②非均匀变化的磁场产生变化的电场。
B
t
O
E
t
O
静止的电荷
产生
静电场
电荷从静止到运动
产生
变化的电场
产生磁场
（2）变化的电场产生磁场
这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。
注意：恒定的电场不产生磁场。
变化的电场周围产生磁场。
B
E
i
i
在电容器充、放电的过程中在电容器两极板间周期性变化的电场也产生同频率的周期性变化磁场。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
（1）周期性变化的电场产生同周期性变化的磁场；均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；
（2）周期性变化磁场产生同周期性变化的电场；均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；
注意：恒定的电场不产生磁场；恒定的磁场不产生电场。
3.电磁场
根据麦克斯韦的上述两个观点可知，变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。
4.电磁波的形成
变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。
视频：电磁波的形成
练一练
1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场
D
知识点二：电磁波
1.电磁波的特点
（1）电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播。
电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。
（2）电磁波的速度
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。
2. 赫兹证实电磁波的存在实验
（1）实验器材
抛光的金属小球、感应圈、弯成环状的导线
赫兹自制的实验装置
感应圈
发射
振子
谐振器
接
收
B
A
（2）实验步骤
①仪器中有一对抛光的金属小球，两球之间有很小的空气间隙。将两个球连接到产生高电压的感应圈的两端时，观察发生的实验现象。
②把导线弯成环状，导线两端安装两个金属小球，小球之间有空隙的导线环放在距感应圈不太远的位置时，观察发生的实验现象。
视频：赫兹实验
电磁波从发射器到达了接收器。
①两球之间就出现了火花放电。
②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。
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。
思考讨论：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，这个过程是怎样发生的呢？
3.赫兹的实验成就
赫兹在以后的一系列实验中：
（1）赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
（2）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，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。
（3）赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路。
4. 电磁场的物质性
电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。
5.物质存在的两种形式
当麦克斯韦提出电磁场理论并被赫兹的实验证实以后，电磁场就像光一样真实了。
①一种是由原子和分子构成的实物。
②另一种则是以电磁场为代表的场。
科学漫步 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。
1.2021年6月11日，天问一号探测器着陆火星首批科学影像图公布。请问天问一号发给地面控制中心的信息是通过机械波传播的还是通过电磁波传播的 为什么
电磁波。
因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传播。
练一练
2. 5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一是具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109～6×109 Hz频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109～2.64×109 Hz，则正确的是( )
A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快
B．5G信号是横波，4G信号是纵波
C．空间中的5G信号和4G信号会产生干涉现象
D．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
D
电磁场
变化的磁场产生电场
电磁波
变化的电场和磁场交替产生电磁波向周围空间传播。
基本特点
电磁场与电磁波
变化的电场产生磁场
电磁波的传播不需要介质
电磁波具有波的共性
第2节 电磁场与电磁波
第四章 交变电流
牛顿盖了一座房子，人类可以遮风避雨了，麦克斯韦看了看，觉得生活不太方便，顺手就把电线接进来了，于是“楼上楼下，电灯电话”，我们的小日子就过起来了。后来爱因斯坦、普朗克、玻尔等发现地基不牢固，就把地基给挖了，不过电线还留着呢啊。这个比方打完，是不是觉得麦克斯韦很伟大了啊。但是麦克斯韦伟大在何处呢？
1.了解发现电磁波的历史背景，了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点。
2.知道电磁波的概念，通过电磁波体会电磁场的物质性。
3.知道赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法。
知识点一：电磁场
视频：在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。
麦克斯韦认为：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。
他将这种用场描述电磁感应现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形。
1.麦克斯韦假设的观点
（1）变化的磁场产生电场
这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。
变化的磁场周围产生电场
电场
B
①均匀变化的磁场产生稳定的电场。
E
t
O
B
t
O
②非均匀变化的磁场产生变化的电场。
B
t
O
E
t
O
静止的电荷
产生
静电场
电荷从静止到运动
产生
变化的电场
产生磁场
（2）变化的电场产生磁场
这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。
注意：恒定的电场不产生磁场。
变化的电场周围产生磁场。
B
E
i
i
在电容器充、放电的过程中在电容器两极板间周期性变化的电场也产生同频率的周期性变化磁场。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
（1）周期性变化的电场产生同周期性变化的磁场；均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；
（2）周期性变化磁场产生同周期性变化的电场；均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；
注意：恒定的电场不产生磁场；恒定的磁场不产生电场。
3.电磁场
根据麦克斯韦的上述两个观点可知，变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。
4.电磁波的形成
变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。
视频：电磁波的形成
练一练
1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是( )
A.有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.振荡的电场在周围空间一定产生同频率振荡的磁场
D
知识点二：电磁波
1.电磁波的特点
（1）电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播。
电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。
（2）电磁波的速度
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。
2. 赫兹证实电磁波的存在实验
（1）实验器材
抛光的金属小球、感应圈、弯成环状的导线
赫兹自制的实验装置
感应圈
发射
振子
谐振器
接
收
B
A
（2）实验步骤
①仪器中有一对抛光的金属小球，两球之间有很小的空气间隙。将两个球连接到产生高电压的感应圈的两端时，观察发生的实验现象。
②把导线弯成环状，导线两端安装两个金属小球，小球之间有空隙的导线环放在距感应圈不太远的位置时，观察发生的实验现象。
视频：赫兹实验
电磁波从发射器到达了接收器。
①两球之间就出现了火花放电。
②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。
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。
思考讨论：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，这个过程是怎样发生的呢？
3.赫兹的实验成就
赫兹在以后的一系列实验中：
（1）赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。
（2）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，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。
（3）赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路。
4. 电磁场的物质性
电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。
5.物质存在的两种形式
当麦克斯韦提出电磁场理论并被赫兹的实验证实以后，电磁场就像光一样真实了。
①一种是由原子和分子构成的实物。
②另一种则是以电磁场为代表的场。
科学漫步 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。
1.2021年6月11日，天问一号探测器着陆火星首批科学影像图公布。请问天问一号发给地面控制中心的信息是通过机械波传播的还是通过电磁波传播的 为什么
电磁波。
因为机械波的传播离不开介质，而电磁波可以在真空中传播。
练一练
2. 5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一是具有超高速的数据传输速率。5G信号一般采用3.3×109～6×109 Hz频段的无线电波，而现行第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109～2.64×109 Hz，则正确的是( )
A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播得更快
B．5G信号是横波，4G信号是纵波
C．空间中的5G信号和4G信号会产生干涉现象
D．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
D
电磁场
变化的磁场产生电场
电磁波
变化的电场和磁场交替产生电磁波向周围空间传播。
基本特点
电磁场与电磁波
变化的电场产生磁场
电磁波的传播不需要介质
电磁波具有波的共性