1　电磁波的发现 (3).ppt

电磁波的发现 让知识成就未来麦克斯韦简介麦克斯韦简介4/7/20232伟大的预言 1 1、麦克斯韦通过伟大的预言和系统知识的总结得到电、麦克斯韦通过伟大的预言和系统知识的总结得到电和磁场的密切联系，电场和磁场相关的基本论点是：和磁场的密切联系，电场和磁场相关的基本论点是：3变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。2 2、两个基本论点的基础上得到的预言是、两个基本论点的基础上得到的预言是：变化的电场和磁场交替产生，由近及远传播变化的电场和磁场交替产生，由近及远传播就形成了电磁波就形成了电磁波。4/7/20234装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。发光。法拉第发现的法拉第发现的1、变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场问题（问题（questions）5（1）线圈中产生感应电动势说明了什么？）线圈中产生感应电动势说明了什么？麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场正是这种电场(涡旋电场涡旋电场)在线圈中驱使自由电子在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流做定向的移动，引起了感应电流。（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？会有电流、电场吗？有电场、无电流。有电场、无电流。（3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？场吗？有有！总（总（summarize）结）结6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示电场的存在显示电场的存在，线圈线圈 不存在时，不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一即这是一种普遍存在的现象，种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关跟闭合电路是否存在无关。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。的。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荷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。终止，不是闭合的。2、变化的电场产生磁场、变化的电场产生磁场 既然变化的磁场能够在空间产生电场，同样，变既然变化的磁场能够在空间产生电场，同样，变化电场能够在空间产生磁场化电场能够在空间产生磁场 8 麦克斯韦相信自然界规麦克斯韦相信自然界规律的统一与和谐，相信电场律的统一与和谐，相信电场与磁场具有对称之美。他大与磁场具有对称之美。他大胆地提出的相似和联系。经胆地提出的相似和联系。经过反复思考提出过反复思考提出假设假设：变化变化的电场也相当于一种电流，的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，也在空间产生磁场，即变化即变化的电场在空间产生磁场。的电场在空间产生磁场。恒定恒定的磁场不产生的磁场不产生电场电场（E=NSB/t,静止的电荷不产生磁场静止的电荷不产生磁场)均匀变化均匀变化的磁场产生的磁场产生恒定恒定的电场的电场周期性变化的磁场周期性变化的磁场产生产生同频率同频率的的振荡电场振荡电场非均匀变化的磁场非均匀变化的磁场产生变化的电场产生变化的电场一、麦克斯韦的电磁场理论一、麦克斯韦的电磁场理论EtOBtOtB OEOt正弦曲线正弦曲线振荡振荡磁场磁场振荡振荡电场电场E E与与B B频率相同频率相同电磁场 麦麦克克斯斯韦韦根根据据自自己己的的理理论论进进一一步步预预言言，如如果果在在空空间间某某域域中中有有周周期期性性变变化化的的电电场场，那那么么，这这个个变变化化的的电电场场就就在在它它周周围围空空间间产产生生周周期期性性变变化化的的磁磁场场，这这个个变变化化的的磁磁场场又又在在它它周周围围空空间间产产生生新新的的周周期期性性变变化化的的电电场场。可可见见，变变化化的的电电场场和和变变化化的的磁磁场场是是相相互互联联系系的的，形形成成一一个个不不可可分分离离的的统统一一体体，这这就是电磁场就是电磁场。4/7/202310变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地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。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做传播的过程叫做电磁波电磁波11电磁波的发现1201 1、麦克斯韦英年早逝，没有见到科学实验对电磁场理论的证、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。明。把天才的预言变成世人公认的真理，这是赫兹的功劳。赫兹的实验13赫兹的实验14当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定必定 建立了一个迅速变化的电磁场，按麦建立了一个迅速变化的电磁场，按麦克斯韦的理论克斯韦的理论，这种变化的电磁场以电磁，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波经过导线波的形式在空间传播。当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙间也产出感应电动势，使得导线环的空隙间也产生了火花。生了火花。这是一个令人振奋的现像！这是一个令人振奋的现像！电磁波的特点电磁波的特点1 1）电磁波）电磁波是横波是横波 EB V EB V 2 2)计算满足：计算满足：v=v=/T=/T=f f4)4)电磁波的电磁波的频率由振源决定频率由振源决定，同一电磁波在不同，同一电磁波在不同介质中传播，介质中传播，v v和和变化，变化，v v介介CC3 3）电磁波可以在）电磁波可以在真空真空中中传播传播速度等于光速速度等于光速c c=3=310 10 8 8m/sm/s6 6）电磁波具有波的共性，能发生）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应射、多普勒效应和和偏振偏振现象。现象。7 7）电磁波有）电磁波有能量能量。5)5)不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f f越高，越高，v v越小；越小；f f越低，越低，v v越大越大电电磁波与机械波比较：磁波与机械波比较：1 1）传播条件：）传播条件：2 2）传播规律：）传播规律：3 3）传播本质：）传播本质：4 4）产生本质不同）产生本质不同：机械波传播机械波传播需要介质需要介质，而电而电磁波磁波不需要介质不需要介质也能传播。也能传播。都遵循都遵循“V=f=/TV=f=/T”这个关这个关系式；且电磁波也能发生反射、系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。折射、衍射、干涉等现象。机械波传播的是机械波传播的是机械能机械能，电磁波传播的是电磁波传播的是电磁能。电磁能。机械波是机械波是机械振动产生机械振动产生，电磁波是电磁波是电磁振荡产生电磁振荡产生。4/7/202317小小 结结一、一、麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论1 1变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场2 2变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场3 3电磁场电磁场传播传播电磁波电磁波4 4、电磁波不需介质，以光速传播。、电磁波不需介质，以光速传播。二、赫兹证实：二、赫兹证实：1 1、电磁场、电磁波的存在。、电磁场、电磁波的存在。2 2、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现 象，象，证明了电磁波与光具有相同的性质。证明了电磁波与光具有相同的性质。课堂练习1建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是 （）A法拉第法拉第 B奥斯特奥斯特 C赫兹赫兹 D麦克斯麦克斯韦韦 21888年，用实验证实电磁波的存在，使人们认识到物质存在年，用实验证实电磁波的存在，使人们认识到物质存在的另一种形式，这位物理学家是（的另一种形式，这位物理学家是（）A赫兹赫兹 B奥斯特奥斯特 C麦克斯韦麦克斯韦 D法法拉第拉第3关于电磁场和电磁波的说法中正确的是关于电磁场和电磁波的说法中正确的是 （）A电场和磁场总是相互联系的，它们被统称为电磁场电场和磁场总是相互联系的，它们被统称为电磁场 B电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波 C电磁波的传播速度是电磁波的传播速度是3108m/sD电磁波是一种物质，可以在真空中传播电磁波是一种物质，可以在真空中传播 4某电场中电场强度随时间变化的图像如图某电场中电场强度随时间变化的图像如图4.13所所示，能产生磁场的电场是（示，能产生磁场的电场是（）5.下列关于机械波与电磁波的说法正确的是（下列关于机械波与电磁波的说法正确的是（）A声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声源之间有空气和声源之间有空气.B水波的传播需要水，没有水就没有水波水波的传播需要水，没有水就没有水波.C电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也传不出来波也传不出来.D电磁波的传播速度等于光速，不受其它因素影响电磁波的传播速度等于光速，不受其它因素影响t0At0Bt0Ct0DEEEE图4.13