高中物理人教版选修3-4课件：14.1 电磁波的发现

-1-第十四章电磁波-2-1.电磁波的发现-3-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航1.了解电磁波发现的过程,领会人类认识世界的认知规律。2.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义。3.知道变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场。知道变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播就形成电磁波。4.知道赫兹用实验证明了电磁波的存在,在人类历史上首先捕捉到了电磁波。-4-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航1.伟大的预言(1)变化的磁场产生电场实验基础:如图所示,在变化的磁场中放一个闭合电路,电路里就会产生感应电流。麦克斯韦对该问题的见解:回路里有感应电流产生,一定是变化的磁场产生了电场,自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。该现象的实质:变化的磁场产生了电场。-5-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗?提示:变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的;而静电场中的电场线是不闭合的。-6-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航2.电磁波(1)电磁波的产生:如果在空间某区域有周期性变化的电场,那么它就在空间引起周期性变化的磁场,这个变化的磁场又引起新的变化的电场……于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成电磁波。(2)电磁波是横波:根据麦克斯韦的电磁场理论,电磁波中的电场强度和磁感应强度互相垂直,而且二者均与波的传播方向垂直,因此电磁波是横波。(3)电磁波的速度:麦克斯韦指出了光的电磁本性,他预言电磁波的速度等于光速。-7-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航3.赫兹的电火花(1)赫兹的实验:如图所示。(2)实验现象:当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时,导线环两个金属小球间也跳过电火花。(3)现象分析:当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时,空间出现了迅速变化的电磁场,这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。在电磁波到达导线环时,它在导线环中激发出感应电动势,使得导线环的空隙处也产生了火花。(4)实验结论:赫兹证实了电磁波的存在。-8-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航(5)赫兹的其他实验成果:赫兹做了一系列的实验,观察了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象,并通过测量证明,电磁波在真空中具有与光相同的速度,证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。你能否列举出生活中的现象来证明电磁波的存在?提示:夏天打雷时正在收听的收音机里会发出“喀喀”的声音;手机接收信号时其附近的电视机会发出声音。这些现象能说明电磁波的存在。-9-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三一、对麦克斯韦电磁场理论的理解1.对电磁场的理解(1)电磁场的产生如果在空间某区域有周期性变化的电场,那么这个变化的电场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生新的周期性变化的电场……变化的电场和磁场相互联系,形成了不可分割的统一体,这就是电磁场。(2)电磁场与静电场、静磁场的比较三者可以在某空间混合存在,但由静电场和静磁场混合的空间不属于电磁场。电磁场是电场、磁场相互激发,相互耦连形成的统一体。电磁场由近及远传播,形成电磁波,如图所示。-10-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三2.对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场特别警示电磁场是动态的,并且电场和磁场不可分割,磁感线、电场线都是闭合的曲线;静电场、静磁场是单独存在的,且电场线是非闭合曲线,静止的电场和磁场不是电磁场。-11-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三二、电磁波的特点有哪些?1.同一种电磁波在不同介质中传播时,频率不变(频率由波源决定),波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中的速度小,注意机械波在不同介质中速度不同,其传播速度由介质决定。2.不同电磁波在同一介质中传播时,传播速度不同,频率越高波速越小,频率越低波速越大。3.在真空中传播时,不同频率的电磁波的速度相同:v=c,且c=λf,4.因为电磁波是交变电场、磁场互相激发产生的,所以电磁波传播时不需要介质,可在真空中传播。5.电磁波是横波,电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直。6.电磁波遇到其他物体时,能发生反射、折射等现象。λ=𝑐𝑓。-12-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三7.电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。8.电磁波可以脱离“波源”独立存在。电磁波发射出去后,产生电磁波的振荡电路停止振荡后,空间中的电磁波仍继续传播。-13-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三三、电磁波与机械波的比较机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传播传播需要介质,波速与介质有关,与频率无关传播不需要介质,在真空中波速总是c,在介质中传播时,波速与介质及频率都有关系产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发干涉可以发生可以发生衍射可以发生可以发生横波可以是是纵波可以是—-14-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航一二三特别警示我们熟悉的声波、水波,它们都是机械波。电磁波和机械波一样都具有波的特性,可以发生反射、折射、干涉和衍射,都满足v=𝜆𝑇,但电磁波是一种更特殊的波,它的电磁特性比机械波更复杂。-15-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二麦克斯韦电磁场理论【例1】根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法中正确的是()A.有电场的空间一定存在磁场,有磁场的空间也一定能产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场点拨:弄清麦克斯韦电磁场理论的确切含义是分析此类问题的关键。解析:根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场才能产生磁场,均匀变化的电场产生恒定的磁场,非均匀变化的电场产生变化的磁场,只有D项正确。答案:D-16-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二题后反思(1)“变化的磁场产生电场”的含义①恒定的磁场不产生电场。②均匀变化的磁场产生恒定的电场。③非均匀变化的磁场产生变化的电场。④振荡的磁场产生同频率的振荡电场。(2)“变化的电场产生磁场”的含义①恒定的电场不产生磁场。②均匀变化的电场产生恒定的磁场。③非均匀变化的电场产生变化的磁场。④振荡的电场产生同频率的振荡磁场。-17-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二电磁波与机械波的区别【例2】声波和电磁波均可传递信息,且都具有波的共同特征。下列说法正确的是()A.声波的传播速度小于电磁波的传播速度B.声波和电磁波都能引起鼓膜振动C.电磁波不能被人听见,声波能被人听见D.二胡演奏发出的是声波,而电子琴演奏发出的是电磁波点拨:在理解的基础上记住电磁波与机械波的区别与联系是分析问题的关键。解析:声波属于机械波,其传播需要介质,传播速度小于电磁波的传播速度,选项A对;鼓膜的振动是空气的振动带动的,电磁波不能引起鼓膜振动,人耳听不到电磁波,选项B错,C对;二胡和电子琴发出的都是声波,选项D错。-18-1.电磁波的发现ZHISHISHULI知识梳理DIANLITOUXI典例透析ZHONGNANJUJIAO重难聚焦目标导航类型一类型二答案:AC题后反思电磁波是电磁现象,机械波是力学现象,两者都具有波的特性:干涉、衍射等,但它们具有本质的不同,如机械波的传播依赖于介质的存在,但电磁波的传播则不需要介质;机械波的波速仅由介质决定,而介质中电磁波的波速由介质和波的频率决定。