电磁场与电磁波引言

电磁场和电磁波的教学设计一、引言电磁场和电磁波是物理学中的重要概念，也是高中物理课程的重要内容之一。

它们在日常生活和科学研究中都有广泛应用。

因此，设计一套富有启发性和趣味性的教学方案，以帮助学生深入理解电磁场和电磁波的概念和特性，具有重要的意义。

本文将从目标、内容、教学方法和评价等方面进行教学设计，以确保教学能够达到预期效果。

二、教学目标1. 知识目标- 了解电磁场和电磁波的定义和基本特性；- 掌握电磁场的强度和方向的表示方法；- 理解电磁波的传播特性和相关测量方法。

2. 能力目标- 能够运用电场和磁场的概念解释电磁现象；- 能够计算电磁场和电磁波的参数；- 能够设计实验验证电磁场和电磁波的性质。

3. 情感目标- 培养学生对物理学的兴趣和好奇心；- 培养学生的科学思维和实验探究的能力； - 培养学生的团队合作和沟通能力。

三、教学内容本教学设计主要涵盖以下内容：1. 电磁场- 电场和磁场的基本概念；- 电磁场的表示方法；- 电磁场的力和能量。

2. 电磁波- 电磁波的定义和特性；- 电磁波的传播方式；- 电磁波的频率和波长；- 电磁波的测量。

四、教学方法1. 探究式教学- 提出问题：通过提出一些引导性问题，引发学生对电磁场和电磁波的思考；- 设计实验：让学生参与到实验中，观察、记录和分析实验现象，通过实验来发现规律；- 分析讨论：与学生一起讨论实验结果，引导学生从现象中归纳出电磁场和电磁波的概念。

2. 多媒体教学- 使用电子演示软件或多媒体课件展示电磁场和电磁波的相关概念和实验过程，辅助学生理解和记忆；- 播放相关视频，使学生能够直观地观察到电磁场和电磁波的现象。

3. 小组合作学习- 将学生分成小组，设计小组活动，例如小组讨论、小组实验等，让学生在小组中共同探究和解决问题；- 鼓励学生相互合作，共同完成实验报告和课堂展示，培养学生的团队合作和沟通能力。

五、教学评价1. 知识评价- 设计小测验，检查学生对电磁场和电磁波的基本概念和特性的理解程度；- 布置作业，要求学生运用电磁场和电磁波的概念解决一些实际问题。

电磁波和电磁场的关系一、引言电磁波和电磁场是物理学中非常重要的概念，它们在现代科技中有着广泛的应用。

本文将从电磁波和电磁场的定义、特性以及它们之间的关系三个方面进行详细阐述。

二、电磁波的定义和特性1. 电磁波的定义电磁波是一种由振荡的电场和磁场相互作用而产生并在真空中传播的无质量粒子。

它们沿着垂直于彼此和传播方向的平面传播，并且具有固定速度（光速）。

2. 电磁波的特性（1）频率与能量成正比：根据普朗克定律，能量与频率成正比，因此频率越高，能量就越大。

（2）速度不变：无论在什么介质中传播，光速始终保持不变。

（3）横向振动：电场和磁场垂直于传播方向，并且也垂直于彼此。

（4）具有偏振性：只有一个特定方向上的振动才能产生偏振光。

三、电磁场的定义和特性1. 电磁场的定义电磁场是一种由电荷和电流产生的物理场。

它包括两个部分：电场和磁场。

电场是由电荷产生的，而磁场则是由运动的电荷（即电流）产生的。

2. 电磁场的特性（1）具有方向性：电场和磁场都具有方向性，它们垂直于彼此并且垂直于传播方向。

（2）相互作用：当一个物体中存在电荷或者电流时，就会产生相应的电磁场，这个场会影响到周围的其他物体。

（3）能量传递：电磁波是通过振荡的电磁场传递能量的。

四、电磁波和电磁场之间的关系1. 产生关系根据麦克斯韦方程组，一个变化的电流会产生一个变化的磁场，而一个变化的磁场也会产生一个变化的电场。

因此，在存在变化的电流或者变化的磁场时，就会同时存在相应大小和方向不同但彼此互相作用并最终形成一种新型物理现象——“辐射”。

2. 相互关系电磁场是产生电磁波的物理场，电磁波则是由振荡的电场和磁场相互作用而产生的。

因此，可以认为电磁波是一种在空间中传播的电磁场扰动。

3. 应用关系由于电磁波和电磁场之间的相互作用关系，我们可以通过控制电磁场来产生和控制电磁波。

这种技术被广泛应用于通信、雷达、医学和科学实验等领域。

五、结论总之，电磁波和电磁场是物理学中非常重要的概念，它们之间存在着密切的联系。

电磁场与电磁波的历史与发展一、历史的前奏静磁现象和静电现象：公元前6、7世纪发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。

1600年英国医生吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》的论文。

使磁学从经验转变为科学。

书中他也记载了电学方面的研究。

静电现象的研究要困难得多，因为一直没有找到恰当的方式来产生稳定的静电和对静电进行测量。

只有等到发明了摩擦起电机，才有可能对电现象进行系统的研究，这时人类才开始对电有初步认识。

1785年库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。

1780年，伽伐尼发现动物电，1800年伏打发明电堆，使稳恒电流的产生有了可能，电学由静电走向动电，导致1820年奥斯特发现电流的磁效应。

于是，电学与磁学彼此隔绝的情况有了突破，开始了电磁学的新阶段。

19世纪二、三十年代成了电磁学大发展的时期。

首先对电磁作用力进行研究的是法国科学家安培，他在得知奥斯特发现之后，重复了奥斯特的实验，提出了右手定则，并用电流绕地球内部流动解释地磁的起因。

接着他研究了载流导线之间的相互作用，建立了电流元之间的相互作用规律——安培定律。

与此同时，比奥 沙伐定律也得到发现。

英国物理学家法拉第对电磁学的贡献尤为突出。

1831年发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与磁现象的统一性。

法拉第坚信电磁的近距作用，认为物质之间的电力和磁力都需要由媒介传递，媒介就是电场和磁场。

电流磁效应的发现，使电流的测量成为可能。

1826年欧姆(Georg Simon Ohm，1784—1854)因而确定了电路的基本规律——欧姆定律。

及至1865年，麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次理论大综合。

爱因斯坦在纪念麦克斯韦100周年的文集中写道：“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物理学的公理基础的最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的”。

特性：1）电场和磁场互为对方的涡旋（旋度）源。

在空E和§6－3 坡印廷定理及坡印廷矢量1、坡印廷定理能量的流动是时变场中出现的一个重要现象 流动的能量同空间媒质所消耗的能量以及电磁储能之间应满足能量守 恒定律，即Poynting定理，也称能流定理v v v ⎛ ∂ B ⎞ v ⎛ v ∂D ⎞ v v v v v v Q ∇ ⋅ (E × H ) = H ⋅ (∇ × E ) − E ⋅ (∇ × H ) = H ⋅ ⎜ − ⎜ ⎟ ⎜ ∂t ⎟ − E ⋅ ⎜ J + ∂t ⎟ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ v v v ∂H v v v ∂E = − μH ⋅ − E ⋅ σ E − εE ⋅ ∂t ∂t 1 ω m = μH 2 ∂ ⎛1 ∂ ⎛1 ⎞ ⎞ 2 = − ⎜ μH 2 ⎟ − σE 2 − ⎜ εE 2 ⎟ ∂t ⎝ 2 ∂t ⎝ 2 1 ⎠ ⎠ ω e = εE 2 ∂ 2 v v = − (ω m + ω e ) − p p = E ⋅ J = σE 2 ∂t假定：媒质是线性、各向同性的，且不随时间变化；无外加源Chap.6 时变电磁场 —— §6－3 坡印廷定理及坡印廷矢量v v ∂ ∇ ⋅ (E × H ) = − (ωm + ωe ) − p ∂t v v v v ∂ 令 S = E × H，得 − ∇ ⋅ S = (ω m + ω e ) + p ∂t单位时间内流入单 位体积中的能量坡印廷定理微分形式 单位体积内焦耳热损耗单位体积内电场能量和磁场能量的增加率 坡印廷定理积分形式取体积分，应用高斯定律得：v v d − ∫ S ⋅ ds = s dt∫ (ωVm+ ω e )dv + ∫ pdvV体积V内变为焦耳 热损耗的功率体积V内电场能量和磁场能量每秒的增加量 由于假设体积V内无外加源，根据能量守恒定律，等式左 端即为单位时间内穿过闭合面S进入体积V中的能量Chap.6 时变电磁场 —— §6－3 坡印廷定理及坡印廷矢量坡印廷定理物理意义： v ∂ 微分形式： − ∇ ⋅ S = ∂t (ω m + ω e ) + p外界向电磁场某点提供的电磁功率密度，等于该点电磁场能量密 度的时间增加率，与对这点自由电荷提供的功率密度之和v v d 积分形式： − ∫s S ⋅ ds = dt ∫V (ω m + ω e )dv + ∫V pdv 某时刻外界通过闭合面进入其所包围体积V中的电磁功率，等于V 内电磁场能量的时间增加率与体积内焦耳热损耗的瞬时功率之和Poynting定理是电磁场中的能量守恒与转换定律 它清楚地表明电磁场是能量的携带者与传播者Chap.6 时变电磁场 —— §6－3 坡印廷定理及坡印廷矢量2、坡印廷矢量v v v v v 由坡印廷定理可知， S ⋅ ds = ∫ (E × H )⋅ ds表示通过闭合面S的总瞬时功率 ∫s s定义:v v v S = E×H为坡印廷矢量，也称能流密度矢量。

电磁波与电磁场的研究报告摘要：本研究报告旨在探讨电磁波与电磁场的相关理论和应用。

首先介绍了电磁波的基本概念和分类，包括电磁波的产生、传播和特性。

接着，讨论了电磁场的基本概念和数学描述，包括电场和磁场的特性以及它们之间的相互作用。

在此基础上，探讨了电磁波与电磁场在通信、医学、能源等领域的应用，并对未来的研究方向进行了展望。

1. 引言电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。

电磁场是电场和磁场在空间中的分布情况。

电磁波与电磁场的研究对于我们理解自然界的基本规律以及应用于现实生活中的各种技术具有重要意义。

2. 电磁波的基本概念和分类电磁波是由振荡的电场和磁场相互作用而形成的一种波动现象。

根据波长和频率的不同，电磁波可以分为不同的类型，包括射频波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

不同类型的电磁波在自然界中的产生和传播方式有所不同。

3. 电磁场的基本概念和数学描述电磁场是电场和磁场在空间中的分布情况。

电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流产生的。

电场和磁场之间通过麦克斯韦方程组进行描述。

麦克斯韦方程组包括四个方程，分别描述了电场和磁场的产生、传播和相互作用。

4. 电磁波与电磁场的应用电磁波与电磁场在通信、医学、能源等领域有着广泛的应用。

在通信领域，电磁波被用于无线通信和卫星通信等技术中，使信息能够快速传输和广泛传播。

在医学领域，电磁波被用于医学成像和治疗，如X射线和磁共振成像等技术。

在能源领域，电磁波被用于太阳能和风能等可再生能源的收集和利用。

5. 未来的研究方向尽管电磁波与电磁场的研究已经取得了重要的进展，但仍然存在许多未解决的问题和挑战。

未来的研究可以集中在电磁波与材料的相互作用、电磁波的调控和控制、电磁场的数值模拟和优化等方面。

此外，还可以探索新型电磁波的产生和传播方式，以及电磁波在生物学和环境科学等领域的应用。

结论：电磁波与电磁场的研究对于我们理解自然界的基本规律以及应用于现实生活中的各种技术具有重要意义。

CH8 电磁场与电磁波本章主要内容1、掌握位移电流的定义及意义。

2、正确理解电场和磁场的互相激发。

3、知道平面电磁波的性质、表示方法。

引言19世纪以前，人们曾认为电和磁是互不相关联的两种东西。

自从发现了电流的磁效应，人们开始注意到电流（运动电荷）与磁场之间的相互关系，可是很长时间只能看到电流产生磁场，而不能做到磁场产生电流，更谈不上揭示电场与磁场之间的关系。

法拉第发现的电磁感应定律，不仅实现了磁生电，还进一步揭示了变化磁通与感应电动势的关系。

麦克斯韦在前人实践和理论的基础上，对整个电磁现象做了系统的研究，提出了感生电动势来源于变化磁场所产生的涡旋电场，指出了“变化磁场产生电场”的磁场与电场之间的联系。

在研究安培环路定律用于时变电流电路的矛盾之后，他又提出了位移电流的假说，不仅将安培环路定律推广到时变电路中，还进一步指出了“时变电场也产生磁场”的电场与磁场之间的联系。

在此基础上，麦克斯韦总结出将电磁场统为一体的一组方程式，即所称的麦克斯韦方程组，该方程组不仅可以描述时变的电磁场，而且覆盖了静态的电磁场。

麦克斯韦方程组表明，不仅电荷会产生电场，而且变化的磁场也会产生电场；不仅电流会产生磁场，而变化电场也同样会产生磁场。

由此麦克斯韦推断，一个电荷或电流的扰动就会形成在空间传播并相互激发的电场、磁场的波动即电磁波。

麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在（1865年）而且还计算出电磁波的传播速度等于光速。

由此，麦克斯韦将光和电磁波统一在一个理论框架下。

1888年赫芝首次用实验证实了电磁波的发生与存在。

以后的大量实验充分证明了麦克斯韦理论的正确性。

麦克斯韦（ＭＡＸＷＥＬＬ）方程是宏观电动力学的理论基础。

§1 位移电流１．位移电流麦克斯韦将安培环路定理运用于含电容的交变电路中(如图9-1)发现矛盾所在。

a 穿过S1、S2的稳恒电流相同b 穿过S1、S2的传导电流不同图9-1稳恒电流磁场的安培环路定理具有如下形式：⎰⎰=⋅=⋅S L I S d j d H （9-1）式中j 为传导电流密度，I 是穿过以闭合曲线L 为边线的任意曲面的传导电流强度（电流密度通量）。