4.2 麦克斯韦电磁场理论 课件（共30张PPT）

(共30张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
粤教版 选择性必修二
第二节 麦克斯韦电磁场理论
新课导入
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？
能量有损耗
内能
电磁波
Part 01
电磁场
科学回顾
人类是怎样发现电磁波的呢？
让我们回顾一下科学家们发现电磁波的历程吧！
历史上电磁学领域的大咖
01
麦克斯韦
奥斯特
安培
法拉第
麦克斯韦建立了第一个完整的电磁理论体系
电磁感应现象：在变化的磁场中放入一个闭合的导体回路，闭合导体回路中就产生感应电流。
电流
电荷的定向移动
电场
闭合导体回路
变化的磁场
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。
伟大的猜想
02
电磁场
03
1 . 变化的磁场产生电场（涡旋电场）
思考
猜测
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。
电磁场
03
1 . 变化的磁场产生电场（涡旋电场）
理解：
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
电磁场
03
2 . 变化的电场产生磁场
变化的电场产生磁场
对称性
大胆假设
变化的磁场产生了电场
1 . 变化的磁场产生电场
实验现象
变化的电场产生磁场
电磁场
03
2 . 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
理解：
B
t
O
E
t
O
t
E
O
B
O
t
正弦曲线
振荡磁场
振荡电场
B与E频率相同
电磁场
03
2 . 变化的电场产生磁场
1 . 变化的磁场产生电场
3 . 变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
麦克斯韦电磁场理论：
电磁场的物质性
04
1 . 电磁场具有能量
微波炉
光压现象
2 . 电磁场具有质量
3 .电磁场和电荷系统相互作用时遵守动量守恒定律和能量守恒定律
电磁场具备物质的各类性质，是物质存在的基本形态之一
周期性变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播
变化
的电场
变化
的磁场
变化
的电场
新的电场和磁场
天才的预言
05
空间可能存在电磁波
电场
电场
电场
磁场
电场
周期性变化的电场
磁场
电场
1. 电磁波的产生：变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波
Part 02
电磁波
周期性变化的电场和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。
变化
的电场
变化
的磁场
变化
的电场
新的
电场和磁场
二、电磁波
电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。 E⊥B ⊥v 。所以电磁波是横波
1. 电磁波是横波
二、电磁波
在电磁波传播过程中，空间中任意一点的电场强度Ｅ和磁感应强度Ｂ都随时间作周期性变化，电磁波的频率即为电磁振荡的频率，它由波源决定，与介质无关
2. 电磁波的频率即为电磁振荡的频率
声波和水波传播需要介质（空气、水）。
电磁波可以在真空中传播，不需要介质。
那么电磁波是依靠什么传播的呢？
电磁波的传播依靠的是电场和磁场的相互“激发”
电磁波在真空中的传播速度等于光速
讨论与交流
二、电磁波
3. 光波的本质是电磁波
电磁波在真空中的传播速度等于光速。
光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡——光是一种电磁波。
麦克斯韦
二、电磁波
1. 电磁波是横波
2. 电磁波的频率即为电磁振荡的频率
3. 光波的本质是电磁波
电磁波的特点：
二、电磁波
v
λ
波峰
波谷
传播规律：c=λ f 真空中：c=3×108m/s
波速 : c
波长 : λ
频率 : f
电磁波
真空中：
波长越大，
频率越小!
波速：v =
非真空（除空气）
波速：c = = λf
真空（空气近似）
电磁波波速、波长、频率的关系:
（2）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（1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×10 8m/s；
（4）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；
（3）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；
波速：v =
二、电磁波
Part 03
赫兹实验
三、赫兹的电火花
三、赫兹的电火花
赫兹
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。
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。
课堂练习
【例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
BD
课堂练习
【例2】关于电磁波的特点,下列说法中不正确的是(　 　)
A.电磁波中电场和磁场互相垂直,电磁波沿二者垂直的方向传播
B.电磁波是横波
C.电磁波传播不需要介质
D.电磁波不具有干涉和衍射现象
D
课堂练习
【例3】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
解析：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。
课堂练习
【例4】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
C
解析： 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。