高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波示范课课件ppt

导入新课

由上一节任何电磁振荡电路中，总存在能量损耗，一是电路有电阻，产生的内能，也就是焦耳热。另外，还会有一部分能量以电磁波的形式辐射出去，那么，这些电磁波是怎样产生的？

回忆上一节电磁振荡电路中的能量损耗

温故而知新，引入本节课题

讲授新课

一、电磁场

视频：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。

麦克斯韦认为：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。

他将这种用场描述电磁感应现象的观点，推广到不存在闭合电路的情形。

1.麦克斯韦假设的观点

（1）变化的磁场产生电场

这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。

①均匀变化的磁场产生稳定的电场。

②非均匀变化的磁场产生变化的电场。

静止的电荷→产生静电场

电荷从静止到运动→产生变化的电场

那么，变化的电场是否也能产生磁场？

（2）变化的电场产生磁场

这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。

注意：恒定的电场不产生磁场。

变化的电场周围产生磁场。

在电容器充、放电的过程中在电容器两极板间周期性变化的电场也产生同频率的周期性变化磁场。

2.对麦克斯韦电磁场理论的理解

（1）周期性变化的电场产生同周期性变化的磁场；均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场；

（2）周期性变化磁场产生同周期性变化的电场；均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场；

注意：恒定的电场不产生磁场；恒定的磁场不产生电场。

3.电磁场

根据麦克斯韦的上述两个观点可知，变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。

5.电磁波的形成

变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。

视频：电磁波的形成

二、电磁波

1.电磁波的特点

（1）电磁波则不需要任何介质，在真空中也能传播。

电磁波的传播，靠的是电和磁的相互“感应”，而不是靠介质的机械传递。

（2）电磁波的速度

电磁波在真空中的传播速度等于光速c，由此，麦克斯韦预言了光是电磁波。

（3）电磁波是横波

根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁场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。

沿z轴传播的电磁波

2. 赫兹证实电磁波的存在实验

（1）实验器材

抛光的金属小球、感应圈、弯成环状的导线

赫兹自制的实验装置

（2）实验步骤

①仪器中有一对抛光的金属小球，两球之间有很小的空气间隙。将两个球连接到产生高电压的感应圈的两端时，观察发生的实验现象。

实验现象：两球之间就出现了火花放电。

②把导线弯成环状，导线两端安装两个金属小球，小球之间有空隙的导线环放在距感应圈不太远的位置时，观察发生的实验现象。

实验现象：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）视频：赫兹实验

电磁波从发射器到达了接收器。

思考讨论：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，这个过程是怎样发生的呢？

参考答案：当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现了迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙中也产生了火花，说明这个导线环接收到了电磁波。

3.赫兹的实验成就

赫兹在以后的一系列实验中：

（1）赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。

（2）测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明了电磁波与光的统一性，赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。

（3）赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路。

4. 电磁场的物质性

电磁场的转换就是电场能量和磁场能量的转换，因而电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程。

5.物质存在的两种形式

当麦克斯韦提出电磁场理论并被赫兹的实验证实以后，电磁场就像光一样真实了。

①一种是由原子和分子构成的实物，

②另一种则是以电磁场为代表的场。

科学漫步   麦克斯韦电磁场理论的建立

麦克斯韦首先从类比研究入手，借用适当的数学工具表述法

拉第的“力线”；后来，为了进一步说明“力线”的分布和性质，他转而建立新的模型并提出位移电流与电磁波的概念；最后，他把电磁场作为客体放在核心位置，总结出麦克斯韦方程组，建立了完整的电磁场理论。

课堂练习

1.下列关于电磁波的正确认识有（　　）

A．在真空中电磁波的传播速度跟光速相等

B．赫兹预言了电磁波的存在，20多年后麦克斯韦用实验证实

C．电磁波不会产生污染

D．只要空间某个区域存在电场和磁场，就能产生电磁波

【答案】A

2.建立完整的电磁场理论，揭示电、磁、光现象本质上统一的科学家是（　　）

A．安培 

B．麦克斯韦 

C．奥斯特 

D．赫兹

【答案】B

3. 2021年6月28日，海南省地质地理学会承办“天然电磁波在地质勘探领域的应用”学术交流会。关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）

A．电磁波在任何介质中的传撟速度都相同

B．电磁波由真空进入某种介质传播时，频率将变大

C．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波

D．实验中电磁打点计时器工作时周围必有磁场和电场

【答案】D

4.关于电磁场理论，下列说法正确的是（　　）

A．在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场

B．麦克斯韦预言了电磁波的存在并且实验证实了电磁波的存在

C．和声波一样，电磁波也需要通过介质来传播

D．电磁波是由变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播出去

【答案】D

5.以下关于机械波与电磁波的说法中，错误的是（　　）

A．机械波与电磁波本质上是一致的

B．机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速，不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关

C．机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波

D．它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象

【答案】A

观看视频

学生看图理解变化的磁场产生电场的不同情况

学生理解麦克斯韦电磁场理论

阅读课文掌握

电磁场和电磁波的形成

阅读课文总结电磁波的特点

了解赫兹实验的实验器材和实验步骤，并观察实验现象

学生思考讨论

阅读课文了解赫兹的实验成就

学生练习

了解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，由此推广引出麦克斯韦假设的观点

了解均匀变化的磁场产生稳定的电场；非均匀变化的磁场产生变化的电场

帮助学生进一步理解麦克斯韦电磁场理论

锻炼学生的自主学习能力

锻炼学生的自主学习能力和归纳总结能力

锻炼学生的观察能力和语言表达能力，理解赫兹证实电磁波的存在的实验

帮助学生理解这一过程是如何发生，进一步理解赫兹实验

锻炼学生的自主学习能力

巩固本节的知识

课堂小结

梳理自己本节所学知识进行交流

根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。

板书

一、电磁场

1.麦克斯韦假设的观点

（1）变化的磁场产生电场

（2）变化的电场产生磁场

2.电磁场

变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场

3.变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。

二、电磁波

电磁波的特点

（1）电磁波则不需要任何介质。

（2）电磁波在真空中的传播速度等于光速c。

（3）电磁波是横波。

（4）电磁波能产生反射、 折射、衍射、干涉、偏振等现象。