电磁场与电磁波-1 电磁模型

第5章初识电磁场与电磁波课标要求1.能列举磁现象在生产生活中的应用。

了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。

关注与磁相关的现代技术发展。

2.通过实验，认识磁场。

了解磁感应强度，会用磁感线描述磁场。

体会物理模型在探索自然规律中的作用。

3.知道磁通量。

通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。

知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。

4.通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性。

了解电磁波的应用及其带来的影响。

5.知道光是一种电磁波。

知道光的能量是不连续的。

初步了解微观世界的量子化特征。

第1节磁场及其描述核心素养物理观念科学思维科学态度与责任1.通过实验，认识磁场2.了解磁感应强度3.会用磁感线描述磁场4.会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场用磁感线描绘通电直导线和通电线圈周围的磁场，体会物理模型在探索自然规律中的作用。

1.能列举磁现象在生产生活中的应用。

2.了解我国古代磁现象的研究成果及其对人类文明的影响。

3.关注与磁相关的现代科技的发展。

[观图助学]1.磁场(1)磁体和电流周围的空间存在一种特殊的物质——磁场。

磁场能够对磁体产生力的作用。

(2)磁场有方向，人们把磁场中某点小磁针静止时北极的指向规定为该点磁场的方向。

(3)磁场还有强弱，在磁场中的不同位置，其强弱不尽相同。

磁极：磁体上磁性最强的区域。

①北极：自由转动的磁体，静止时指北的磁极，又叫N极。

②南极：自由转动的磁体，静止时指南的磁极，又叫S极。

③性质：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

2.磁感应强度(1)电流元：在物理学中，把很短一段通电导线中的电流I与导线长度l的乘积Il叫做电流元。

(2)磁感应强度：将电流元Il垂直放入磁场，它受到的磁场力F与Il的比值叫做磁感应强度。

①定义式B＝FIl。

②磁感应强度的单位：在国际单位制中的单位是特斯拉，简称特，符号是T。

1 T＝1 NA·m。

(3)磁感应强度的方向小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称磁场的方向。

电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律?2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性.二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用.2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。

3、理解电磁波辐射原理。

三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。

电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。

能够辐射电磁波的装置称为天线,用功率信号发生器作为发射源,通过发射天线产生电磁波。

图1电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流,我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强,感应电动势越大。

如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。

接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。

电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波,故又称为元天线，元天线是最基本的天线.电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式,相对而言性能优良,但又容易制作,成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等,如图2所示.图2接收天线本实验重点介绍其中的一种─—半波天线。

半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。

对称天线（或称对称振子)可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。

这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线.而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。

半波振子因其一臂长度为/4λ，全长为半波长而得名。

其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（/L λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602式中,()f θ为方向性函数,对称振子归一化方向性函数为： ()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2其中max f 是()f θ的最大值。

电磁场与电磁波的基本理论和工程应用电磁场和电磁波是电磁学的基础概念，其理论和应用在现代科技社会中起着重要作用。

本文将详细介绍电磁场和电磁波的基本理论以及其在工程应用中的具体情况。

一、电磁场的基本理论1.1 电磁场的概念电磁场是一种存在于空间中的物理现象，描绘了电荷和电流的相互作用过程。

它由电场和磁场两部分组成，具有方向强度和传播速度等特性。

1.2 电磁场的数学表达电磁场的数学表达主要是通过麦克斯韦方程组来描述。

麦克斯韦方程组包括四个方程，分别是高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和法拉第电磁感应第二定律。

1.3 电磁场的特性电磁场有许多特性，其中包括：- 有源性：电磁场的产生需要带电粒子或电流作为能量源。

- 传播性：电磁场可以在空间中传播，并以光速的速度传递信息。

- 叠加性：多个电磁场可以叠加形成新的电磁场。

- 势能性：电磁场可以与电荷相互转化，从而进行能量的传递。

二、电磁波的基本理论2.1 电磁波的概念电磁波是由电磁场在空间中传播形成的一种波动现象。

它由电场和磁场的相互作用引起，具有电磁场的传播速度和特性。

2.2 电磁波的产生和传播电磁波的产生主要是通过加速带电粒子或振荡电流来实现的。

一旦电磁波产生后，它会以电磁场的形式在空间中传播，直到被吸收或衰减。

2.3 电磁波的分类根据波长和频率的不同，电磁波可以分为不同的分类，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

三、电磁场和电磁波的工程应用3.1 通信技术电磁场和电磁波在通信技术中起着关键作用。

无线电波和微波被广泛应用于无线通信和卫星通讯领域，可实现远距离的信息传输。

3.2 雷达技术雷达技术利用电磁波进行探测和测距，广泛应用于航空、军事等领域。

雷达可实现对目标的探测、定位和跟踪，具有重要意义。

3.3 高频加热技术高频加热技术是利用电磁场的能量将物体加热到所需温度。

它在工业生产中广泛应用于熔融金属、加热塑料等领域。

3.4 医学诊断技术电磁波在医学诊断技术中也有重要应用。

第一章 电磁场和电磁波基础1 电磁学基本物理量 2 电磁场定律 3 边界条件 4 本构关系 5 波动方程 6 场和方程的复数形式 7 波数和波阻抗 8 均匀平面波 9 平面波的反射和折射 10 坡印亭定理1 电磁学基本物理量在电磁场基本方程中，所涉及到的基本物理量有：E ：称为电场强度（伏/米）H ：称为磁场强度（安/米）D ：称为电通密度（库/米 2） B ：称为磁通密度（韦/米 2）电位移矢量 磁感应强度⎯真空→ ε 0 E ⎯ ⎯ ⎯真空→ μ 0 H ⎯ ⎯J ：电流密度（安/米 2）ρ ：电荷密度（库/米 ）3⎧ ⎪基本物理量：E , B ⎨ ⎪导出物理量：D, H ⎩瞬时值或时域表示 一般情况下，各场量和源量既是空间坐标的函数，又是时 间的函数，即2 电磁学场定律电磁学场定律描述场和源的关系，包括积分形式场定 律和微分形式场定律。

微分场定律形式把某点的场与就在该点的源及该点 的其它场量联系起来，适用于场、源量都是连续函数并有 S 连续的导数的良态域。

•⎧ E = E ( r , t ) = E ( x, y , z , t ) ⎪ ⎪ D = D ( r , t ) = D ( x, y , z , t ) ⎪ B = B ( r , t ) = B ( x, y , z , t ) ⎪ ⎨ ⎪ H = H ( r , t ) = H ( x, y , z , t ) ⎪ ρ = ρ (r , t ) = ρ ( x, y, z , t ) ⎪ ⎪ J = J (r , t ) = J ( x, y, z , t ) ⎩对应不同时刻，这些场量和源量的方向和数值会发生变 化，对应着一般时变场，称为场量的时域表示，或者瞬时 值。

P⎧ ⎪场：E , B ⎨ ⎪源：ρ，J ⎩2.1 自由空间场定律 2.2 物质中场定律V2.1 自由空间场定律∇× E = −B∂B （1a） ∂t∂ε 0 E （1b） ∂tVS自由空间指真空或同真空基本上具有同样特性的任 何其它媒质 （如空气） 自由空间场定律描述纯粹的源 ρ 、 。