电磁场和电磁波(上课用)

第三章电磁振荡电磁波英国物理学家麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。讨论交流在通有振荡电流的线圈L中，放一个小闭合导线回路l，如图所示。l回路中会出现电流吗？若出现电流，那么是什么力推动电荷做定向运动形成电流的？（1）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，正是这种电场在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？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场吗？有！麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。伟大的预言一、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设1、变化的磁场能够在周围空间产生电场麦克斯韦电磁场理论（1）变化的磁场产生电场①均匀变化的磁场产生稳定的电场BtOEtO麦克斯韦电磁场理论（1）变化的磁场产生电场②振荡磁场产生振荡电场BO正弦曲线振荡磁场EO振荡电场E与B频率相同tt2．变化的电场能够在周围空间产生磁场既然变化的磁场可以在周围空间产生电场，那么变化的电场能不能够在周围空间产生磁场？麦克斯韦认为，在LC振荡电路中当电容器充、放电的时，不但导线中的电流要产生磁场，而且在电容器间，由于两极板电荷的变化使电场发生变化，变化的电场也要产生磁场.Bi＋＋＋＋E增大B１、麦克斯围电磁场理论（2）变化的电场产生磁场①均匀变化的电场产生稳定的磁场EtOBtO１、麦克斯围电磁场理论（2）变化的电场产生磁场②振荡电场产生振荡磁场EO正弦曲线振荡电场BO振荡磁场B与E频率相同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(即周期性变化的)产生同频率的振荡磁场（6）振荡磁场(即周期性变化的)产生同频率的振荡电场二、电磁场麦克斯韦根据上述两个基本假设，进一步指出：如果在空间某域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场……于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。三、电磁波1由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播。这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。2电磁波与机械波不同，不需要介质，可以在真空中传播。电磁波的速度等于光速！光是以波动形式传播的一种电磁振动（2）电磁波可以在真空中传播。光是一种电磁波。传播速度为：c=3×108m/s（3）电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。（4）电磁波有能量。3、电磁波的特点：（1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波。四、赫兹的电火花实验德国科学家。赫兹对人类的最大贡献是用实验证实了电磁波的存在。（1）麦克斯韦预言电磁波的存在：（2）赫兹用实验证实电磁波的存在：令人振奋的电火花1、试验装置：a.连接感应圈的两个金属球。b.导线环上的两个金属球。2、试验现象：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。3、现象解释：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生了一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。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3．实验结论：证明电磁波存在，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。赫兹观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论.•5.电磁波与机械波比较：•[传播条件]机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。•[传播规律]都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。•[传播本质]机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。电场和磁场的变化关系非均匀变化磁场激发变化电场均匀变化激发稳定磁场不在激发若非均匀变化激发变化磁场均匀变化激发稳定电场非均匀变化小结一、麦克斯韦电磁场理论1．变化的磁场产生电场2．变化的电场产生磁场3．电磁场→传播→电磁波4、电磁波不需介质，以光速传播。二、赫兹证实：1、电磁场、电磁波的存在。2、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波与光具有相同的性质。【练习】1．根据麦克斯韦电磁理论，下列说法中正确的是A．变化的电场一定产生变化的磁场B．均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场C．稳定的电场一定产生稳定的磁场D．振荡的电场一定产生同频率的振荡磁场。答案:D2.下列说法正确的是()A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场B.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场C.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场D.均匀变化的电场和磁场相互激发，形成由近及远的电磁波AC3.当电磁波的频率增加时，它在真空中的速度将()A.减小B.增大C.不变D.减小、增大和不变均有可能4.关于电磁波的传播速度，以下叙述正确的是()A.波长越长，传播速度越快B.频率越高，传播速度越快C.发射量越大，传播速度越快D.所有电磁波在真空中的传播速度都一样大CD