高二物理下學(xué)期電磁場電磁波新人教版

電磁場和電磁波

1.電磁波與現(xiàn)代科技和人類生活的密切關(guān)系。在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，電磁波對我們來說越來越重要。

2.電磁波到底是什么？為什么它具有那么大的威力？它又是怎樣產(chǎn)生的呢？它有哪些性質(zhì)？是否具有波的共同特性？怎樣利用它來傳遞各種信號？……研究電磁波應(yīng)從電磁振蕩開始。一、電磁振蕩的產(chǎn)生GCSL實(shí)驗(yàn)：如圖：先把開關(guān)板到電池組一邊，給電容器充電。稍后再把開關(guān)板到線圈一邊，讓電容器通過線圈放電。1.振蕩電流：這種電路產(chǎn)生的大小和方向做周期性變化的電流，叫振蕩電流。2.能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路。如圖所示是一種簡單的振蕩電路，稱為LC振蕩電路。3.LC回路產(chǎn)生的振蕩電流按正弦規(guī)律變化。it0T/4T/23T/4T二、LC回路的周期和頻率三、電磁場19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁場理論。這個(gè)理論不僅說明了當(dāng)時(shí)已知的電磁現(xiàn)象，而且預(yù)言存在著一種新的能量傳輸形式，這就是電磁波。電磁場理論的誕生，不僅具有深刻的理論意義，而且具有廣泛的應(yīng)用前景，對人類社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。麥克斯韋對科學(xué)的偉大貢獻(xiàn)在于他提出和發(fā)展了新的世界觀，為未來的科學(xué)研究指明了方向。他的電磁學(xué)理論通向相對論；他的氣體動(dòng)力學(xué)理論對量子論起過作用；他籌建并領(lǐng)導(dǎo)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室引導(dǎo)了實(shí)驗(yàn)原子物理學(xué)的發(fā)展。這一切使他成為牛頓之后、愛因斯坦之前最重要的物理學(xué)家。

麥克斯韋電磁場理論：（1）變化的磁場產(chǎn)生電場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：按圖連接線路。問1：小燈泡能否發(fā)光？問2：線圈中的電荷為什么能定向移動(dòng)？問3：如果線圈斷開，線圈中有電流、電場嗎？問4：如果把線圈拿走，它原來所處的空間有電場嗎？結(jié)論：變化的磁場產(chǎn)生電場。例1：如圖所示，有一匝電阻為1Ω的閉合金屬圓環(huán)a，面積為0.1m2,圓環(huán)平面與磁場方向垂直，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖b所示，求線圈中的電流大?。?/p>

結(jié)論：均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場。t/sB/T0440b220××××××××××××××××××××××××××××aabcdkLAB結(jié)論：振蕩的磁場產(chǎn)生同頻率振蕩的電場例2：如圖為旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，線圈的匝數(shù)為N，面積為S，在磁場中以角速度ω旋轉(zhuǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，整個(gè)閉個(gè)電路總電阻為R，從中性面開始計(jì)時(shí)，求線圈中感應(yīng)電流的表達(dá)式？電磁場：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場。（電場和磁場只是這個(gè)統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)）（2）變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋根據(jù)電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的相似性和變化的磁場能產(chǎn)生電場的事實(shí)，提出大膽的假設(shè)：變化的電場也能產(chǎn)生磁場，并且通過嚴(yán)密的理論推導(dǎo)得以證明這一結(jié)論的正確性。小結(jié)：1.麥克斯韋電磁場理論：變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場；變化的電場能夠在周圍空間磁場。

變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場------電磁場。隨堂練習(xí)：1、根據(jù)麥克斯韋的電磁理論，下列說法正確的是：（）A.在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B.在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D.振蕩的電場一定產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場DBBEEEE1.電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某處發(fā)生了變化的電場，就會(huì)在空間引起變化的磁場，這個(gè)變化的電場和磁場又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣，變化的電場和磁場并不局限于空間某個(gè)區(qū)域，而是由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開去。電磁場這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，形成電磁波。請閱讀課本回答：為什么普通的LC振蕩電路不能有效地發(fā)射電磁波？四、電磁波的產(chǎn)生++++????普通的LC振蕩電路中電場主要集中在電容器極板之間，磁場主要集中在線圈內(nèi)部，振蕩過程中電場能和磁場能主要是在電路內(nèi)部互相轉(zhuǎn)化，輻射出去的能量很少，不能有效發(fā)射電磁波。問題：要有效向外發(fā)射電磁波，振蕩電路必須具有哪些特點(diǎn)？++++????2.振蕩電路必須具有如下特點(diǎn)：第一、要有足夠高的頻率。頻率越高，發(fā)射電磁波的本領(lǐng)越大。（單位時(shí)間內(nèi)輻射出去的能量與頻率的四次方成正比）3.由閉合電路變成開放電路實(shí)驗(yàn)：電磁波的發(fā)射第二、振蕩電路的電場和磁場必須分散到盡可能大的空間。即成為開放電路。???+++λzyxBE沿Z軸傳播的電磁波在某一時(shí)刻的波的圖象（1）電磁場中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與兩者均垂直的方向傳播。（2）相鄰兩個(gè)波峰或相鄰的兩個(gè)波谷之間的距離等于電磁波的波長。（波峰、波谷的意義）（3）在傳播方向上任一點(diǎn)E和B都隨時(shí)間作正弦變化，它們彼此垂直，而且都跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波。3、電磁波的特點(diǎn)4.電磁波在空間以一定的速度傳播，其波長λ、頻率f、和波速v的關(guān)系遵從波動(dòng)的一般關(guān)系機(jī)械波的波長、頻率、波速三者之間的關(guān)系是怎樣的？v=λT=λ?f麥克斯韋從理論上預(yù)見：電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度。即電磁波在真空中的傳播速度C=3.0×108m/s這個(gè)預(yù)見后來得到了證實(shí)5.電磁場具有電磁能，電磁波在空間傳播，電磁能就隨之一起傳播。問題：機(jī)械波傳播需要介質(zhì)嗎？電磁波傳播需要介質(zhì)嗎？機(jī)械波產(chǎn)生的機(jī)理是什么？電磁波產(chǎn)生的機(jī)理是什么？6.電磁波的傳播不需要任何介質(zhì)。赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋理論的正確性（1888年）小結(jié)：1.發(fā)射電磁波，振蕩電路必須（1）振蕩頻率要高（2）開放電路2.電磁波的特點(diǎn)（1）電磁波是橫波。（2）電磁波在真空中的傳播速度是光在真空中的速度。（3）電磁波在空間傳播，電磁能隨之一起傳播。（4）電磁波的傳播不需要任何介質(zhì)。3.赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋電磁理論。隨堂練習(xí)：1.關(guān)于電磁波在真空中的傳播，下列說法中正確的是（）A.頻率越高，傳播速度越大B.波長越長，傳播速度越大C.電磁波的能量越大，傳播的速度越大D.頻率、波長、能量的強(qiáng)弱都不影響電磁波的傳播速度D2.關(guān)于電磁波和電磁場，下列說法中正確的是（）A.均勻變化的電場在它的周圍空間產(chǎn)生均勻變化的磁場B.電磁波中每一處的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是互相垂直的，且與波的傳播方向垂直C.電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播D.只要空間某區(qū)域有振蕩的電場或磁場，就能產(chǎn)生電磁波B赫茲與電磁波赫茲是一個(gè)短命的物理學(xué)家。他于1894年逝世時(shí)，年僅37歲，這無疑是物理學(xué)界的巨大損失。他從21歲考人柏林大學(xué)直到不幸去世，進(jìn)行科學(xué)研究不足15年，然而卻建立了永垂青史的功績。赫茲以前，由法拉第發(fā)現(xiàn)、麥克斯韋完成的電磁理論，因?yàn)槲唇?jīng)一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，始終處于“預(yù)想”階段。把天才的預(yù)想變成世人公認(rèn)的真理，是赫茲的功勞。赫茲在人類歷史上首先捕捉到電磁波，使假說變成現(xiàn)實(shí)。要獲得電磁波，就必須建立一個(gè)輻射電磁波源，這個(gè)電磁波輻射源還應(yīng)當(dāng)有足夠的功率。名師出高徒，赫茲的恩師赫爾姆霍茨是一位理論和實(shí)驗(yàn)俱佳的卓越物理學(xué)家。在他的指導(dǎo)和幫助下，赫茲很快制成了電磁波輻射源，當(dāng)時(shí)它被稱作赫茲振蕩器赫茲習(xí)慣性地首先檢查諧振器，將諧振器放到高振蕩器有一。定距離的地方，使諧振器的平面與振蕩器上放電器的軸相吻合。實(shí)驗(yàn)開始，赫茲和技師卡爾立刻忙碌起來，過了一個(gè)多小時(shí)，火花還是沒有迸發(fā)出來。當(dāng)把各種可能發(fā)生的情況，都進(jìn)行檢查后仍然毫無結(jié)果，他們疲憊不堪地坐在桌旁。赫茲已經(jīng)記不得這是第幾次失敗了。從一開始實(shí)驗(yàn)，他就像與成功無緣似的，麥克斯韋預(yù)言過，電磁振蕩波一樣可以折射、反射，具有波的一切屬性。在這個(gè)房間，他借助振蕩器和諧振器已經(jīng)證實(shí)了從電磁輻射源發(fā)出的電磁場，就是電磁波?？墒?，現(xiàn)在他想證明電磁波具有像光一樣的反射性能，他打算把反射的電磁波記錄下來，然而卻一直沒有成功。

新的思路終于誕生了。經(jīng)過調(diào)諧電磁輻射源的內(nèi)部要素，加大每秒鐘振蕩的次數(shù)，赫茲終于證明了電磁波具有光一樣的反射性能。在以后的工作中，赫茲悉心研究了電磁波的折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象，并且證明了它們的傳播速度等于光速，這樣，赫茲第一個(gè)證實(shí)了光從其本質(zhì)上說也是一種電磁波的問題。發(fā)現(xiàn)電磁波產(chǎn)生的巨大影響，連赫茲本人也沒料到。在他發(fā)現(xiàn)電磁波的第二年，有人問他，電磁波是否可以用作無線電通訊，赫茲不敢肯定。赫茲研究電磁波無意中丟下的種子，卻很快在異地開花結(jié)果了。

在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實(shí)現(xiàn)廠無線電傳播，并很快投人實(shí)際使用。其他利用電磁波的技術(shù)，也像雨后春筍般相繼問