高中物理人教版选修3-4课件：14.1 电磁波的发现

第十四章
电磁波
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1.电磁波的发现
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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。
电磁波 研究电磁现象 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 由周期性变化的电流(电磁振 荡)激发 可以发生 可以发生 是 —
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一 二 三
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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。
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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。
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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。
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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。
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。
-8-Leabharlann 1.电磁波的发现一 二 三
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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。
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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。
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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。
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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。
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(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。
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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。
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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, ������ λ= 。
恒定的磁场不产生电场 均匀变化的磁场在周围空间产 生恒定的电场 不均匀变化的磁场在周围空间 产生变化的电场 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。
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三、电磁波与机械波的比较
机械波 对象 研究力学现象 周期性变化 位移随时间和空间 的物理量 做周期性变化 传播需要介质,波速 传播 与介质有关,与频率 无关 由质点(波源)的振动 产生 产生 干涉 可以发生 衍射 可以发生 横波 可以是 纵波 可以是
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2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
恒定的电场不产生磁场 均匀变化的电场在周围空间产 生恒定的磁场 不均匀变化的电场在周围空间 产生变化的磁场 振荡电场产生同频率的振荡磁 场
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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