13.4电磁波的发现及应用1 课件—2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册（31张PPT）

13.4 电磁波的发现及应用
两个基本观点
a、变化的磁场产生电场
b、变化的电场产生磁场
一、电磁场
电磁场理论的核心之一：
变化的磁场产生电场
如右图,交流电产生了周期变化的磁场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光
讨论:
如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?
线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?
若改成恒定的直流电,还有电场吗?
有电场,无电流
有
无
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
说明:在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的 (涡旋电场)
电场线
电磁场理论的核心之二:
变化的电场产生磁场
麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场
理解: (1) 电场均匀变化产生稳定磁场
(2) 非均匀变化产生变化磁场
麦克斯韦电磁场理论的理解:
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
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
电场和磁场的变化关系
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中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的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见，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。
二、电磁波
B
B
E
E
E
E
变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。
电磁波的特性：
a、不需要传播介质，可以在真空中传播。
b、传播速度等于光速。
c、光是一种电磁波。
麦克斯韦英年早逝，没有见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理，这是赫兹的功劳。
现象：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。
L
接收线圈
发射电路
电磁波
E
C
K
A
B
赫兹的电火花
三、电磁波谱
1.波峰与波谷:在一列水波中,凸起的最高处叫作波峰;凹下的最低处叫作波谷。
2.波长、频率与波速:如图邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号λ来表示;波的频率是在1 s内有多少次波峰(或波谷)通过,频率用符号f来表示;波速是用来描述波传播快慢的物理量,波速用符号c来表示。
3.波速、波长、频率三者之间的关系:c=λf,其中c=3×108 m/s。
4.电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来。
电磁波谱的分类及应用
四、电磁波的能量
电磁波有能量。电磁波是一种物质存在的形式。
例：微波炉，食物增加的能量是微波给的。
电磁波具有能量，电磁波是一种物质
能量的相对大小
波长λ/nm
400
800
1200
1600
2000
紫外线
可见光
红外线
黄绿光
0
太阳辐射能大部分集中在可见光和红外线、紫外线区域。如图所示：
LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电
B．若电容器正在充电，则电容器下极板带正电
C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大
D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大
BC
解析：本题考查各物理量发生变化的判断方法．由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对，A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对，由楞次定律可判定D对．故正确答案为BCD
解决电磁振荡问题的基本思路
分析电磁振荡的过程时，可以结合图象，这样会使问题更直观．首先依据题意找出振荡图象的初状态，然后画出其电流或电荷量随时间变化的图象，根据时间关系，可以大体找出该时刻在图象上对应的位置，从而确定处于充电还是放电状态，最后再依据充、放电过程中各物理量的变化规律求解具体问题．
如图所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S，并开始计时，画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图象(q为正值表示a极板带正电)．
解析：开关S处于闭合状态时，电流稳定，又因L电阻可忽略，因此电容器C两极板间电压为0，所带电荷量为0，S断开的瞬间，D灯立即熄灭，L、C组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的????????时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为0，而电容器极板上电荷量则由0增为最大，根据电流流向，此????????时间里，电容器下极板b带正电，所以此????????时间内，a极板带负电，由0增为最大．
?
随堂检测
1.下列关于电磁场的说法正确的是（　　）
A.电磁场的本质是电场
B.电磁场的本质是磁场
C.电磁场是电场和磁场的统称
D.电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体
D
随堂检测
2麦克斯韦电磁场理论告诉我们（　　）
A.任何电场周围都要产生磁场
B.任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D.周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
D
随堂检测
3.关于电磁场理论，下列描述正确的是（　　）
A.变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
B.静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
C.稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D.均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
A
随堂检测
4.以下有关在真空中传播的电磁波的说法正确的是（　　）
A.频率越大，传播的速度越大　　
B.频率不同，传播的速度相同
C.频率越大，其波长越大
D.频率不同，传播速度也不同
B
再见