4.2电磁场与电磁波课件—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（34张PPT）
文档属性
| 名称 | 4.2电磁场与电磁波课件—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（34张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-08-12 10:28:19 | ||
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文档简介
4.2 电磁场与电磁波
LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化，电路的状态与相应的物理量对应。
电磁振荡分阻尼振荡和无阻尼振荡。
LC振荡电路中电磁振荡的固有周期回路的周期
固有频率
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？
问题：
电磁学之父：麦克斯韦简介
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日?1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。
1.闭合电路中电流是怎样形成的？
2.电磁波的特点是什么？
一、电磁场
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。
变化的电场产生磁场 电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。
变化的磁场周围产生电场
变化的电场周围产生磁场
1、麦克斯韦假设的两大观点：
思考：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
1、如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?
有电场,无电流
2、线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?
有
3、若改成恒定的直流电,还有电场吗?
无
电磁场理论的理解——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。
说明:
1、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)。
2、变化的磁场产生电场”，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。
电场线
电磁场理论的理解——变化的电场产生磁场
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
说明：
1、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。
2、“变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。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。
根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，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。如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
2、电磁场与电磁波的概念
3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:
1、恒定的电场不产生磁场；
2、恒定的磁场不产生电场；
3、均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；
4、均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；
5、振荡电场产生同频率的振荡磁场；
6、振荡磁场产生同频率的振荡电场。
典例精析
关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A．在电场周围空间一定存在着磁场
B．任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场
C．均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场
D．交变电场在它的周围空间一定产生同频率的交变磁场
解析：A、均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，恒定的电场不会产生磁场，故A错误；
BC、均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的磁场将产生非均匀变化的电场，恒定的磁场不会产生电场，故BC错误；
D、电磁波是由变化的电磁场产生的，交变电场在它的周围空间一定产生同频率的交变磁场，故D正确；
故选：D。
变式训练
用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱的德国物理学家是（ ）
A．安培 B．麦克斯韦 C．韦伯 D．赫兹
解析：1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了麦克斯韦电磁理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱。故D正确，ABC错误。
故选：D。
技法点拨：
麦克斯韦建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在．赫兹用实验证实电磁波存在。
二、电磁波
4、电磁波的形成过程
二、电磁波
麦克斯韦预言光也是电磁波
麦克斯韦从理论上预见，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！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。”。
5、电磁波的特点：
1、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．
2、电磁波的传播不需要介质，波速v取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。
c＝3.0×108m/s
电磁波
机械波
不同点
在真空或介质中均可传播
一定要有介质才能传播
传播速度与介质和频率有关（频率越高的电磁波在同一种介质中的传播速度越小）
传播速度只由介质决定
相同点
都会发生折射、反射、衍射、干涉现象
υ ＝λ·f，两者都是周期性的，都是传播能量的过程．
6、电磁波与机械波的区别
海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857年2月22日－1894年1月1日），德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。
赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。
赫兹证实电磁波存在的实验装置
实验现象：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。
实验原理：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。
7、赫兹的电火花实验
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。
检波器
电磁波成果
无线电报(1901)——广播(1906)——电话(1916)——传真(1923)——电视(1929)——微波(1933)——雷达(1935)——卫星通讯——电子计算机因特网等都与电磁波理论相关。?
1、在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还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。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。
2、物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。
赫兹的成就
科学漫步
麦克斯韦电磁场理论的建立
法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏格兰爱丁堡附近诞生了。他从小热爱科学，喜欢思考。1854年从剑桥大学毕业以后，他精心研读了法拉第的著作。麦克斯韦被法拉第关于“场”和“力线”的思想深深吸引，但他也看到了法拉第定性表述的弱点。因此，这位初出茅庐的科学家下定决心，要把法拉第的物理思想用数学公式定量化地表达出来。
1860年初秋，麦克斯韦特意去拜访法拉第。两人虽然在年龄上相差40岁，在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。法拉第鼓励麦克斯韦：“你不应停留在用数学解释我的观点，而应该突破它！
在麦克斯韦研究电磁现象的时候，科学家的研究已经从静止的、恒定的特殊情形扩展到运动变化的普遍情形；从孤立的电作用、磁作用扩展到彼此的联系。在这些研究的基础上，麦克斯韦历时10年终于建立了普遍的电磁场理论。
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。
麦克斯韦方程组
典例精析
下列关于电磁波说法中正确的是（ ）
A．电磁波在真空中以光速c传播
B．电磁波是纵波
C．电磁波不能在空气中传播
D．光需要介质才能传播
解：A、电磁波在真空中的传播速度等于光速c，故A正确；
B、电磁波为横波，故B错误；
C、电磁波可以在真空中传播，也可以在空气中传播，故C错误；
D、光是一种电磁波，可以在真空中传播，不需要介质，故D错误。
故选：A。
变式训练
电磁波和机械波具有的共同性质是（ ）
A．都是横波
B．都能够传输能量
C．传播都需要介质
D．在介质中的传播速度都与波的频率有关
解：A、电磁波都是横波，但机械波不一定，比如声波是纵波，故A错误；
B、两种波都能传输能量，故B正确；
C、电磁波能在真空中传播，不需要介质，而机械波不能在真空中传播，传播需要介质，故C错误；
D、电磁波的传播速度与介质有关，还跟频率有关，不同频率的电磁波在同一介质中传播速度并不相同；但机械波在介质中的传播和波的频率无关，故D错误。
故选：B。
１、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．
2、电磁波的传播不需要介质，波速v取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。
c＝3.0×108m/s
技法点拨：
1．变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。
2．均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场。这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等，或者说磁感应强度(或电场强度)对时间变化率一定。
3．不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场。
再见
LC振荡电路中的振荡电流按正弦规律变化，电路的状态与相应的物理量对应。
电磁振荡分阻尼振荡和无阻尼振荡。
LC振荡电路中电磁振荡的固有周期回路的周期
固有频率
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？
问题：
电磁学之父：麦克斯韦简介
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831年6月13日?1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。
1.闭合电路中电流是怎样形成的？
2.电磁波的特点是什么？
一、电磁场
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。
变化的电场产生磁场 电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。
变化的磁场周围产生电场
变化的电场周围产生磁场
1、麦克斯韦假设的两大观点：
思考：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
1、如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?
有电场,无电流
2、线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?
有
3、若改成恒定的直流电,还有电场吗?
无
电磁场理论的理解——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。
说明:
1、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)。
2、变化的磁场产生电场”，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。
电场线
电磁场理论的理解——变化的电场产生磁场
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
说明：
1、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。
2、“变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。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。
根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，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。如果在空间某区域有周期性变化的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播，形成了电磁波。
2、电磁场与电磁波的概念
3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:
1、恒定的电场不产生磁场；
2、恒定的磁场不产生电场；
3、均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；
4、均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；
5、振荡电场产生同频率的振荡磁场；
6、振荡磁场产生同频率的振荡电场。
典例精析
关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（ ）
A．在电场周围空间一定存在着磁场
B．任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场
C．均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场
D．交变电场在它的周围空间一定产生同频率的交变磁场
解析：A、均匀变化的电场产生稳定的磁场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，恒定的电场不会产生磁场，故A错误；
BC、均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的磁场将产生非均匀变化的电场，恒定的磁场不会产生电场，故BC错误；
D、电磁波是由变化的电磁场产生的，交变电场在它的周围空间一定产生同频率的交变磁场，故D正确；
故选：D。
变式训练
用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱的德国物理学家是（ ）
A．安培 B．麦克斯韦 C．韦伯 D．赫兹
解析：1864年，英国青年物理学家麦克斯韦在研究了当时所发现的电磁现象的基础上，建立了麦克斯韦电磁理论，并预言了电磁波的存在；1888年，德国青年物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱。故D正确，ABC错误。
故选：D。
技法点拨：
麦克斯韦建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在．赫兹用实验证实电磁波存在。
二、电磁波
4、电磁波的形成过程
二、电磁波
麦克斯韦预言光也是电磁波
麦克斯韦从理论上预见，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！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。”。
5、电磁波的特点：
1、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．
2、电磁波的传播不需要介质，波速v取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。
c＝3.0×108m/s
电磁波
机械波
不同点
在真空或介质中均可传播
一定要有介质才能传播
传播速度与介质和频率有关（频率越高的电磁波在同一种介质中的传播速度越小）
传播速度只由介质决定
相同点
都会发生折射、反射、衍射、干涉现象
υ ＝λ·f，两者都是周期性的，都是传播能量的过程．
6、电磁波与机械波的区别
海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857年2月22日－1894年1月1日），德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。
赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。
赫兹证实电磁波存在的实验装置
实验现象：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。
实验原理：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。
7、赫兹的电火花实验
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。
检波器
电磁波成果
无线电报(1901)——广播(1906)——电话(1916)——传真(1923)——电视(1929)——微波(1933)——雷达(1935)——卫星通讯——电子计算机因特网等都与电磁波理论相关。?
1、在以后的一系列实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。他还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。这样，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。
2、物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。
赫兹的成就
科学漫步
麦克斯韦电磁场理论的建立
法拉第发现电磁感应现象那年，麦克斯韦在苏格兰爱丁堡附近诞生了。他从小热爱科学，喜欢思考。1854年从剑桥大学毕业以后，他精心研读了法拉第的著作。麦克斯韦被法拉第关于“场”和“力线”的思想深深吸引，但他也看到了法拉第定性表述的弱点。因此，这位初出茅庐的科学家下定决心，要把法拉第的物理思想用数学公式定量化地表达出来。
1860年初秋，麦克斯韦特意去拜访法拉第。两人虽然在年龄上相差40岁，在性情、爱好、特长方面也迥然各异，可是对物质世界的看法却产生了共鸣。法拉第鼓励麦克斯韦：“你不应停留在用数学解释我的观点，而应该突破它！
在麦克斯韦研究电磁现象的时候，科学家的研究已经从静止的、恒定的特殊情形扩展到运动变化的普遍情形；从孤立的电作用、磁作用扩展到彼此的联系。在这些研究的基础上，麦克斯韦历时10年终于建立了普遍的电磁场理论。
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。
麦克斯韦方程组
典例精析
下列关于电磁波说法中正确的是（ ）
A．电磁波在真空中以光速c传播
B．电磁波是纵波
C．电磁波不能在空气中传播
D．光需要介质才能传播
解：A、电磁波在真空中的传播速度等于光速c，故A正确；
B、电磁波为横波，故B错误；
C、电磁波可以在真空中传播，也可以在空气中传播，故C错误；
D、光是一种电磁波，可以在真空中传播，不需要介质，故D错误。
故选：A。
变式训练
电磁波和机械波具有的共同性质是（ ）
A．都是横波
B．都能够传输能量
C．传播都需要介质
D．在介质中的传播速度都与波的频率有关
解：A、电磁波都是横波，但机械波不一定，比如声波是纵波，故A错误；
B、两种波都能传输能量，故B正确；
C、电磁波能在真空中传播，不需要介质，而机械波不能在真空中传播，传播需要介质，故C错误；
D、电磁波的传播速度与介质有关，还跟频率有关，不同频率的电磁波在同一介质中传播速度并不相同；但机械波在介质中的传播和波的频率无关，故D错误。
故选：B。
１、电磁波是横波，在电磁波中，每处的电场强度和磁感强度的方向总是相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．
2、电磁波的传播不需要介质，波速v取决于传播介质，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速，电磁波的频率在传播过程中不会发生变化。随着介质的不同波长会发生变化。
c＝3.0×108m/s
技法点拨：
1．变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。
2．均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，产生稳定的磁场。这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等，或者说磁感应强度(或电场强度)对时间变化率一定。
3．不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场。
再见