第二节电磁场和电磁波课件.ppt

第二节电磁场和电磁波第1页，此课件共26页哦 奥斯特奥斯特 法拉第法拉第电流的磁效应电流的磁效应电磁感应现象电磁感应现象第2页，此课件共26页哦第3页，此课件共26页哦变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场伟大的预言伟大的预言麦克斯韦的电磁场理论要点麦克斯韦的电磁场理论要点伟大的预言伟大的预言第4页，此课件共26页哦电磁场理论的核心之一电磁场理论的核心之一变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场实验为证实验为证实验为证实验为证如右图如右图如右图如右图,交流电产生了周期变化的磁交流电产生了周期变化的磁交流电产生了周期变化的磁交流电产生了周期变化的磁场场场场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光上面的线圈中产生电流使灯泡发光上面的线圈中产生电流使灯泡发光上面的线圈中产生电流使灯泡发光讨论讨论:如果用不导电的塑料线绕制线圈如果用不导电的塑料线绕制线圈如果用不导电的塑料线绕制线圈如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电线圈中还有电流电线圈中还有电流电线圈中还有电流电场吗场吗场吗场吗?线圈不存在时线圈不存在时线圈不存在时线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗线圈所处的空间还有电场吗线圈所处的空间还有电场吗线圈所处的空间还有电场吗?若改成恒定的直流电若改成恒定的直流电若改成恒定的直流电若改成恒定的直流电,还有电场吗还有电场吗还有电场吗还有电场吗?有电场有电场有电场有电场,无电流无电流无电流无电流有有有有无无无无1.1.变化的磁场产生的电场叫感应电场（涡流电场），电场线是闭合的。变化的磁场产生的电场叫感应电场（涡流电场），电场线是闭合的。变化的磁场产生的电场叫感应电场（涡流电场），电场线是闭合的。变化的磁场产生的电场叫感应电场（涡流电场），电场线是闭合的。2.2.静止电荷周围产生的电场叫静电场，电场线由正电荷起到负电静止电荷周围产生的电场叫静电场，电场线由正电荷起到负电静止电荷周围产生的电场叫静电场，电场线由正电荷起到负电静止电荷周围产生的电场叫静电场，电场线由正电荷起到负电荷终止，不是闭合的。荷终止，不是闭合的。荷终止，不是闭合的。荷终止，不是闭合的。麦克斯韦认为麦克斯韦认为麦克斯韦认为麦克斯韦认为变化的磁场变化的磁场变化的磁场变化的磁场在线圈中产生在线圈中产生在线圈中产生在线圈中产生电场电场电场电场，正是这种电场，正是这种电场，正是这种电场，正是这种电场(涡旋电场涡旋电场涡旋电场涡旋电场)在线在线在线在线圈中驱使自由电子做圈中驱使自由电子做圈中驱使自由电子做圈中驱使自由电子做定向定向定向定向的移动，引起了的移动，引起了的移动，引起了的移动，引起了感应电流感应电流感应电流感应电流。第5页，此课件共26页哦 总结总结：麦克斯韦认为麦克斯韦认为线圈线圈只不过用来只不过用来显显示电场的存在示电场的存在，线圈不存在时，线圈不存在时，变化的磁场变化的磁场同样在周围空间产生电场，同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍即这是一种普遍存在的现象，存在的现象，跟闭合电路是否存在无关跟闭合电路是否存在无关。第6页，此课件共26页哦麦克斯韦认为在麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场变化的磁场周围产生电场,是是一种普遍存在的现象一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无跟闭合电路是否存在无关关,导体环只是用来显示电流的存在导体环只是用来显示电流的存在说明说明:在变化的磁场中所产在变化的磁场中所产生的电场的生的电场的电场线是闭合电场线是闭合的的 (涡旋电场涡旋电场)电场线电场线电场线电场线楞次定律的复习：线圈中的磁场增强电场线方向如何？楞次定律的复习：线圈中的磁场增强电场线方向如何？楞次定律的复习：线圈中的磁场增强电场线方向如何？楞次定律的复习：线圈中的磁场增强电场线方向如何？第7页，此课件共26页哦电磁场理论的核心之二电磁场理论的核心之二:变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场麦克斯韦假设麦克斯韦假设麦克斯韦假设麦克斯韦假设:变化的电场就像导线变化的电场就像导线变化的电场就像导线变化的电场就像导线中的电流一样中的电流一样中的电流一样中的电流一样,会在空间产生磁场会在空间产生磁场,即即即即变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场洞察力：洞察力：麦克斯韦确信自然规律的统一性与麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场和磁场的对称美和谐性，相信电场和磁场的对称美第8页，此课件共26页哦 根据麦克斯韦理论根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候在给电容器充电的时候,不仅不仅导体中的电流要产生磁场导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场变化着的电场周围也要产生磁场理解理解:(1)电场均匀变化产生稳定磁场电场均匀变化产生稳定磁场 (2)(2)非均匀电场变化产生变化磁场非均匀电场变化产生变化磁场非均匀电场变化产生变化磁场非均匀电场变化产生变化磁场BiE增大B第9页，此课件共26页哦麦克斯韦电磁场理论的理解麦克斯韦电磁场理论的理解:恒定恒定的电场不产生磁场（静止的电荷不产生的电场不产生磁场（静止的电荷不产生磁场）磁场）恒定恒定的磁场不产生电场（的磁场不产生电场（E=NS B/t)均匀变化均匀变化的电场在周围空间产生的电场在周围空间产生恒定恒定的磁场的磁场均匀变化均匀变化的磁场在周围空间产生的磁场在周围空间产生恒定恒定的电场的电场振荡电场振荡电场产生产生同频率同频率的的振荡磁场振荡磁场振荡磁场振荡磁场产生产生同频率同频率的的振荡电场振荡电场周期性变化的电场（磁场）叫振荡电场（磁场）周期性变化的电场（磁场）叫振荡电场（磁场）周期性变化的电场（磁场）叫振荡电场（磁场）周期性变化的电场（磁场）叫振荡电场（磁场）第10页，此课件共26页哦非均非均匀变匀变化磁化磁场场激激发发变变化化电电场场均均均均匀匀匀匀变变变变化化化化激激发发稳稳定定磁磁场场不不在在激激发发若非若非若非若非均匀均匀均匀均匀变化变化变化变化激激 发发变变变变化化化化磁磁磁磁场场场场均匀变化均匀变化均匀变化均匀变化激激发发稳稳稳稳定定定定电电电电场场场场非均匀变化非均匀变化非均匀变化非均匀变化电场和磁场的变化关系电场和磁场的变化关系第11页，此课件共26页哦电磁波电磁波 电磁波电磁波:电磁场由发生区域向远处的传播就是电电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波磁波.电磁场；麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，电磁场；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，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生新的周期性变化的电场。可见，。可见，变化的变化的电场电场和和变化的磁场变化的磁场是相互联系的，形成一个不是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是可分离的统一体，这就是电磁场电磁场。第12页，此课件共26页哦 赫兹赫兹 德国物理学家。德国物理学家。德国物理学家。德国物理学家。18571857年生年生于汉堡。于汉堡。1876年入德累斯顿工学院学年入德累斯顿工学院学年入德累斯顿工学院学年入德累斯顿工学院学习工程，由于对自然科学的爱好，转习工程，由于对自然科学的爱好，转习工程，由于对自然科学的爱好，转习工程，由于对自然科学的爱好，转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二入慕尼黑大学学习数学和物理，第二入慕尼黑大学学习数学和物理，第二入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，年又转入柏林大学，年又转入柏林大学，年又转入柏林大学，18801880年获得博士年获得博士学位。学位。1883188318941894年先后在基尔大年先后在基尔大学、卡尔斯鲁厄大学和波恩大学物学、卡尔斯鲁厄大学和波恩大学物理学教授。理学教授。18941894年年年年1月月月月1 1日因血中毒在日因血中毒在日因血中毒在日因血中毒在波恩逝世，时年波恩逝世，时年波恩逝世，时年波恩逝世，时年36岁。为了纪念他发岁。为了纪念他发岁。为了纪念他发岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献，将频率的单位现电磁波的卓越贡献，将频率的单位现电磁波的卓越贡献，将频率的单位现电磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹命名为赫兹命名为赫兹命名为赫兹(HZ)。实验论证实验论证第13页，此课件共26页哦三赫兹的电火花三赫兹的电火花 麦克斯韦英年早逝，没有见到科学实验对电麦克斯韦英年早逝，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。认的真理，这是赫兹的功劳。第14页，此课件共26页哦2 2、赫兹的实验：、赫兹的实验：赫兹在人类历史上赫兹在人类历史上首先首先捕捉到了电磁波捕捉到了电磁波第15页，此课件共26页哦第16页，此课件共26页哦科学成就科学成就赫兹的主要贡献是用赫兹的主要贡献是用赫兹的主要贡献是用赫兹的主要贡献是用实验证明了电磁波的存在实验证明了电磁波的存在实验证明了电磁波的存在实验证明了电磁波的存在，并，并，并，并测出测出测出测出电磁波传播的速度跟光速相同电磁波传播的速度跟光速相同电磁波传播的速度跟光速相同电磁波传播的速度跟光速相同，还进一步观察到，还进一步观察到电磁波具有聚焦、直进、反射、折射，干涉，衍射电磁波具有聚焦、直进、反射、折射，干涉，衍射和偏振等性质。遗憾的是，在赫兹用实验成功地证和偏振等性质。遗憾的是，在赫兹用实验成功地证明了麦克斯韦所预言的电磁波时，天才的麦克斯韦明了麦克斯韦所预言的电磁波时，天才的麦克斯韦已于已于9 9年前离开了人世年前离开了人世年前离开了人世年前离开了人世.18961896年年年年3月月月月2424日，俄国日，俄国日，俄国日，俄国著名物理学家波波夫用著名物理学家波波夫用著名物理学家波波夫用著名物理学家波波夫用“海因里希海因里希海因里希海因里希 鲁道夫鲁道夫 赫兹赫兹赫兹赫兹”这一串字母，拍发了这一串字母，拍发了这一串字母，拍发了这一串字母，拍发了世界上第一份电报。世界上第一份电报。世界上第一份电报。世界上第一份电报。第17页，此课件共26页哦电磁波的特点电磁波的特点:(1)(1)电磁波是电磁波是电磁波是电磁波是横波横波横波横波,电场强度电场强度电场强度电场强度E E 和磁感应强度和磁感应强度和磁感应强度和磁感应强度 B B做正弦规做正弦规做正弦规做正弦规律律律律,二者相互垂直二者相互垂直二者相互垂直二者相互垂直,均与波的传播方向垂直均与波的传播方向垂直(2)(2)电磁波可电磁波可电磁波可电磁波可以在真空中传播以在真空中传播以在真空中传播以在真空中传播,速度和光速相同速度和光速相同速度和光速相同速度和光速相同.v=f，不同，不同，不同，不同f的电磁的电磁波在同一介质中传播速度不同。波在同一介质中传播速度不同。(3)(3)电磁波具有波的特性电磁波具有波的特性电磁波具有波的特性电磁波具有波的特性(产生反射、折射、衍射、干涉产生反射、折射、衍射、干涉产生反射、折射、衍射、干涉产生反射、折射、衍射、干涉等波的现象）等波的现象）等波的现象）等波的现象）而且从一种介质传播到另一种介质频率而且从一种介质传播到另一种介质频率而且从一种介质传播到另一种介质频率而且从一种介质传播到另一种介质频率不变。不变。不变。不变。（4 4）电场储存电能、磁场储存磁能，电磁场储存电磁）电场储存电能、磁场储存磁能，电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程是辐射能量的过程能，电磁波的发射过程是辐射能量的过程第18页，此课件共26页哦电磁波和机械波的比较电磁波和机械波的比较机械波机械波电磁波电磁波对象对象对象对象周期性变化的量周期性变化的量周期性变化的量周期性变化的量传播传播传播传播产生产生产生产生干涉、衍射干涉、衍射干涉、衍射干涉、衍射横波、纵波横波、纵波横波、纵波横波、纵波研究力学现象研究力学现象研究力学现象研究力学现象研究电磁现象研究电磁现象研究电磁现象研究电磁现象位移位移位移位移,加速度随时间和空加速度随时间和空加速度随时间和空加速度随时间和空间周期性变化间周期性变化间周期性变化间周期性变化E E和和和和B B随时间和空间周随时间和空间周随时间和空间周随时间和空间周期性变化期性变化期性变化期性变化需介质，需介质，需介质，需介质，v v只与介只与介只与介只与介质有关，与质有关，与质有关，与质有关，与f f无关无关无关无关不需介质，不需介质，不需介质，不需介质，v v与介质与介质与介质与介质和和和和f f都有关。真空中都有关。真空中都有关。真空中都有关。真空中为为为为C C。由质点（波源）的振由质点（波源）的振由质点（波源）的振由质点（波源）的振动产生的动产生的动产生的动产生的由周期性变化的电由周期性变化的电由周期性变化的电由周期性变化的电流（电磁振荡）产流（电磁振荡）产流（电磁振荡）产流（电磁振荡）产生的生的生的生的可以发生可以发生可以发生可以发生可以发生可以发生可以发生可以发生皆有皆有皆有皆有只是横波只是横波第19页，此课件共26页哦电磁波小结电磁波小结:1变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够变化的电场能够变化的电场能够变化的电场能够在周围空间产生磁场。在周围空间产生磁场。在周围空间产生磁场。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，均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，均匀变化的磁场，产生稳定的电场，均匀变化的电场，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。这里的产生稳定的磁场。这里的产生稳定的磁场。这里的产生稳定的磁场。这里的“均匀变化均匀变化均匀变化均匀变化”指在相等时间内指在相等时间内指在相等时间内指在相等时间内磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度(或电场强度或电场强度或电场强度或电场强度)的变化量相等，或者说磁感应强度的变化量相等，或者说磁感应强度的变化量相等，或者说磁感应强度的变化量相等，或者说磁感应强度(或电场强度或电场强度)对时间变化率一定。对时间变化率一定。对时间变化率一定。对时间变化率一定。3 3不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的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电场产生变化的磁场4 4变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波。这就是电磁波。第20页，此课件共26页哦几点注意几点注意:（3）电磁场中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与两者均）电磁场中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与两者均）电磁场中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与两者均）电磁场中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播。因此电磁波是横波。垂直的方向传播。因此电磁波是横波。垂直的方向传播。因此电磁波是横波。垂直的方向传播。因此电磁波是横波。（2）频率不同的电磁波波长不同；）频率不同的电磁波波长不同；（1 1）电磁波传播不需要任何介质；）电磁波传播不需要任何介质；）电磁波传播不需要任何介质；）电磁波传播不需要任何介质；（4 4）电磁场具有电磁能，电磁波在空间传播，电磁能就电磁场具有电磁能，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。随之一起传播。（5 5）麦克斯韦从理论上预见：电磁波在真空中的传播速度）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在真空中的传播速度。即电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度。即电磁波在真空中的传播速度C=3.0C=3.010108 8m/sm/s这个预见后来得到了证实这个预见后来得到了证实这个预见后来得到了证实这个预见后来得到了证实（6 6）赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（18881888年）年）年）年）（7 7）电磁波在空间以一定的速度传播电磁波在空间以一定的速度传播，其波长，其波长、频率、频率、频率、频率f f、和、和、和、和波速波速波速波速v v的关系遵从波动的一般关系的关系遵从波动的一般关系的关系遵从波动的一般关系的关系遵从波动的一般关系 v=T=f第21页，此课件共26页哦随堂练习：随堂练习：随堂练习：随堂练习：1.关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的是关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的是关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的是关于电磁波在真空中的传播，下列说法中正确的是 （）A.A.频率越高，传播速度越大频率越高，传播速度越大频率越高，传播速度越大频率越高，传播速度越大 B.B.波长越长，传播速度越大波长越长，传播速度越大 C.电磁波的能量越大，传播的速度越大电磁波的能量越大，传播的速度越大电磁波的能量越大，传播的速度越大电磁波的能量越大，传播的速度越大 D.D.频率、波长、能量的强弱都不影响电磁波的传频率、波长、能量的强弱都不影响电磁波的传播速度播速度D第22页，此课件共26页哦2.关于电磁波和电磁场，下列说法中正确的是关于电磁波和电磁场，下列说法中正确的是关于电磁波和电磁场，下列说法中正确的是关于电磁波和电磁场，下列说法中正确的是 （）A.A.均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化的磁场均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化的磁场均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化的磁场均匀变化的电场在它的周围空间产生均匀变化的磁场 B.B.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直相垂直的，且与波的传播方向垂直 C.C.电磁波和机械波一样依赖于介质传播电磁波和机械波一样依赖于介质传播电磁波和机械波一样依赖于介质传播电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D.D.只要空间某区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁只要空间某区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁只要空间某区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁只要空间某区域有振荡的电场或磁场，就能产生电磁波波波波B第23页，此课件共26页哦题型分类题型分类题型分类题型分类一：对麦克斯韦电磁场理论的理解一：对麦克斯韦电磁场理论的理解一：对麦克斯韦电磁场理论的理解一：对麦克斯韦电磁场理论的理解1.1.关于麦克斯韦理论，正确的（关于麦克斯韦理论，正确的（关于麦克斯韦理论，正确的（关于麦克斯韦理论，正确的（）A A；在电场的周围空间一定产生磁场；在电场的周围空间一定产生磁场；在电场的周围空间一定产生磁场；在电场的周围空间一定产生磁场B B；任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场；任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场；任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场；任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场C C；均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场；均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场；均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场；均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场D D；振荡电场在周围空间产生变化的磁场；振荡电场在周围空间产生变化的磁场；振荡电场在周围空间产生变化的磁场；振荡电场在周围空间产生变化的磁场产生的磁场（电场产生的磁场（电场产生的磁场（电场产生的磁场（电场)性质是由电场（磁场）的变化情况决定的性质是由电场（磁场）的变化情况决定的性质是由电场（磁场）的变化情况决定的性质是由电场（磁场）的变化情况决定的D D第24页，此课件共26页哦二：感生电场的方向二：感生电场的方向二：感生电场的方向二：感生电场的方向2.2.某空间出现如图的一组闭合的电场线，可能（某空间出现如图的一组闭合的电场线，可能（某空间出现如图的一组闭合的电场线，可能（某空间出现如图的一组闭合的电场线，可能（）A A；沿；沿；沿；沿ABAB方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱B B；沿；沿；沿；沿ABAB方向磁场在迅速增加方向磁场在迅速增加方向磁场在迅速增加方向磁场在迅速增加C C；沿；沿；沿；沿BABA方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱方向磁场在迅速减弱D D；沿；沿；沿；沿BABA方向磁场在迅速增加方向磁场在迅速增加方向磁场在迅速增加方向磁场在迅速增加ADAD楞次定律的应用：增反减同楞次定律的应用：增反减同楞次定律的应用：增反减同楞次定律的应用：增反减同A AB B感应感应感应感应B B第25页，此课件共26页哦三：电磁波和机械波的区别三：电磁波和机械波的区别三：电磁波和机械波的区别三：电磁波和机械波的区别3.3.电磁波和声波的比较，正确的（电磁波和声波的比较，正确的（电磁波和声波的比较，正确的（电磁波和声波的比较，正确的（）A A；电磁波的传播不需介质，声波的传播需要介质；电磁波的传播不需介质，声波的传播需要介质；电磁波的传播不需介质，声波的传播需要介质；电磁波的传播不需介质，声波的传播需要介质B B；由空气进入水时，电磁波速度变小，声波速度变大；由空气进入水时，电磁波速度变小，声波速度变大；由空气进入水时，电磁波速度变小，声波速度变大；由空气进入水时，电磁波速度变小，声波速度变大C C；由空气进入水时，电磁波波长变小，声波波长变大；由空气进入水时，电磁波波长变小，声波波长变大；由空气进入水时，电磁波波长变小，声波波长变大；由空气进入水时，电磁波波长变小，声波波长变大D D；电磁波和声波在介质中传播速度，都是由介质决定的，与；电磁波和声波在介质中传播速度，都是由介质决定的，与；电磁波和声波在介质中传播速度，都是由介质决定的，与；电磁波和声波在介质中传播速度，都是由介质决定的，与 频率频率频率频率 无关。无关。无关。无关。ABCABCV=f,V=f,第26页，此课件共26页哦