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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波背景图ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波背景图ppt课件，共40页。PPT课件主要包含了电磁场与电磁波，知识点一电磁场，电磁场，周期性，电磁波，知识点二电磁波，光速c，互相垂直，统一性，探究一电磁场等内容，欢迎下载使用。
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设.(1)变化的磁场产生 (如图甲所示).(2)变化的电场产生 (如图乙所示).
2.电磁场:变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的 .3.如果在空间某区域有 变化的电场,就会在周围引起变化的磁场,变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场.这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播,形成了 .
1.理想LC振荡电路如图所示,两金属板之间的电场如何变化?周围是否会形成电磁波?
答案:金属板之间的电场发生周期性变化;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,变化的电场和变化的磁场交替产生,在周围形成电磁波.
3.麦克斯韦从理论上预见,电磁波在真空中的传播速度等于 ,麦克斯韦预言了光是 .电磁波在真空中传播时,它的电场强度E与磁感应强度B ,二者均与电磁波的传播方向 ,所以电磁波是横波.
2.电磁波与机械波(如声波、水波等)有什么不同?
答案:机械波的传播离不开介质;电磁波可以在真空中传播,因为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.
4.通过一系列实验,赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和 等现象.他还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 .这样,赫兹证实了麦克斯韦的 理论.由此,人们认识到物质存在两种形式,一种是由原子和分子构成的 ,另一种则是以电磁场为代表的场.
1.变化的电场一定产生变化的磁场.( )2.恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场.( )3.机械波与电磁波,本质上是一致的.( )4.均匀变化的电场和磁场互相激发,形成由近及远传播的电磁波.( )5.电磁波也可以发生反射、折射.( )6.电磁波和光在真空中传播速度都是3×108 m/s.( )7.麦克斯韦证实了电磁波的存在.( )
变化的磁场产生电场的情形如图甲所示,变化的电场产生磁场的情形如图乙所示.
甲 变化的磁场产生电场
乙 变化的电场产生磁场
1.如果图甲中的磁场不变,那么还会产生电场吗?图乙中的电场不变,还会产生磁场吗?
答案:恒定的磁场不产生电场;恒定的电场不产生磁场.
2.如果图甲中的磁场均匀变化,那么产生的电场有什么特点?如果图乙中的电场均匀变化,那么产生的磁场有什么特点?
答案:磁场均匀变化,产生的电场恒定,该电场不能继续产生磁场;电场均匀变化,产生的磁场恒定,该磁场不能继续产生电场.
3.要使磁场和电场不断交替产生,磁场和电场的变化有什么特点?电磁场与静电场、静磁场相同吗?
答案:如果磁场和电场周期性变化,磁场和电场就能交替产生,形成不可分割的统一体即电磁场.电磁场与静电场、静磁场不同,电磁场是动态的,并且电场和磁场不可分割;静电场、静磁场单独存在.
4.图甲中变化的磁场产生电场,产生的电场的电场线与前面学到的静电场的电场线有什么不同点?
答案:图甲中的电场线是闭合曲线,而前面学到的静电场的电场线是非闭合曲线.
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解.
2.电磁场.(1)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就在它周围空间引起周期性变化的磁场;这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场……于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场.(2)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.
【典例1】(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论,下列叙述正确的是( )A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.非均匀变化的电场周围产生变化的磁场,一定形成电磁波D.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
解析:教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的是交变电流,在其周围产生变化的磁场和电场,故选项A、B正确.周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,形成电磁波,故选项C错误.均匀变化的电场周围会产生恒定的磁场,故选项D错误.
图甲为LC振荡电路,电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去;图乙为做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的图像.麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在.电磁场和电磁波看不见、摸不着,赫兹通过图丙所示实验证实了电磁波的存在.
答案:周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互“激发”,形成了电磁波;电磁波的传播不需要介质,电磁波在真空中可以传播.
2.观察图乙中电场方向、磁场方向、电磁波传播方向三者的关系,你认为电磁波是纵波还是横波?
答案:电场和磁场的方向均与电磁波的传播方向垂直,所以电磁波是横波.
1.电磁波是如何产生的?电磁波的传播是否需要介质?
3.实验中,赫兹看到当感应圈连接的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.为什么说赫兹通过这个实验证实了电磁波的存在?
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,使得导线环连接的两个小球间也产生了火花,说明这个导线环接收到了电磁波.
4.如何理解电磁场是一种物质?
答案:根据电磁场理论,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,传播过程就是传播能量的过程.能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一.
1.电磁波的传播特点.(1)电磁波传播不需要介质,在真空中也能传播,因为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)电磁波中电场和磁场相互垂直,电磁波沿与二者均垂直的方向传播.因此,电磁波是横波.(3)电磁波与机械波一样,也能发生反射、折射、干涉和衍射等现象,也是传播能量的一种方式.
2.电磁波与机械波的比较.
【典例2】(多选)下列关于机械波与电磁波的说法正确的是( )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
解析:机械波由机械振动产生;电磁波由周期性变化的电场和磁场产生.机械波的传播需要介质,波速受介质种类、温度的影响,不同种类的机械波波速一般不同;电磁波的波速与介质和本身频率有关.机械波有横波,也有纵波;电磁波是横波.机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象.
【典例3】声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射,测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位;雷达向空中发射电磁波,遇到障碍物后被反射,同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位.超声波和电磁波相比较,下列说法正确的是( )A.超声波与电磁波传播时,都向外传递信息或能量B.超声波与电磁波都既可以在真空中传播,又可以在介质中传播C.在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比,两种波在空气中传播时具有较大的传播速度D.超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
解析:超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量或信息,故选项A正确.声呐发出的超声波是机械波,需要传播介质,不可以在真空中传播,故选项B错误.机械波在空气中传播时速度较小,在其他介质中传播时速度大,故选项C错误.超声波和电磁波不是同一类波,不可能发生干涉,故选项D错误.
1.(多选)下列关于电磁场的说法正确的是( )A.只要空间某处有变化的电场或磁场,就会在其周围产生电磁场,就会形成电磁波B.匀速运动的电子束周围一定存在电磁场,即能产生电磁波C.周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生,相互依存,形成不可分离的统一体,即电磁场D.历史上,电磁场的理论在先,实践证明在后
解析:周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生,产生电磁波,选项A、B错误,选项C正确.电磁场理论先由麦克斯韦提出,后由赫兹通过实践证实,选项D正确.
2.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是( )A.电磁波是纵波B.静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用C.当电磁波在空间中传播时,电磁能也随着一起传播D.电磁波的传播速度与介质无关
解析:电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互“激发”产生的.电场、磁场的方向与电磁波传播方向相互垂直,因此电磁波是横波,故选项A错误.变化的磁场产生电场,电场对电荷有力的作用,故选项B错误.电磁波传播过程中,遇到导体能产生感应电流,说明电磁波在传播过程中也传播能量,故选项C正确.电磁波传播的速度与介质有关,同一电磁波在不同介质中传播的速度不同,故选项D错误.
3.关于电磁波在真空中的传播速度,下列说法正确的是( )A.频率越高,传播速度越大B.波长越长,传播速度越大C.电磁波的能量越大,传播速度越大D.频率、波长都不影响电磁波在真空中的传播速度
解析:所有电磁波,无论波长、频率如何,在真空中的传播速度都等于光速.
4.关于电磁波,下列说法正确的是 ( )A.只要有电场和磁场,就能产生电磁波B.电磁波在真空和介质中传播速度不同C.均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波D.电场随时间变化时一定产生电磁波
解析:若电场和磁场都稳定或电场、磁场都均匀变化,则不能产生电磁波,选项A、C错误;电磁波在真空和介质中传播的速度不同,例如,光在不同的介质中传播速度不一样,选项B正确;电场随时间变化产生磁场,若产生的磁场是稳定的,则不会再产生电场,即不能产生电磁波,选项D错误.
5.电磁波由真空进入介质中时,其波速变为原来的一半,则波长将变为原来的多少?
情境 手机无线充电是比较新颖的充电方式.如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器的原理类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量.当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电.
问题 (多选)在充电过程中( )A.送电线圈中电流产生的磁场周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座不需要导线连接,这样传递能量没有损耗
解析:由于送电线圈输入的是正弦式交变电流,它是周期性变化的,产生的磁场也是周期性变化的,选项A正确,选项B错误.根据变压器原理,原、副线圈通过互感现象实现能量传递,因此送电线圈和受电线圈也通过互感现象实现能量传递,选项C正确.手机与基座不需要导线连接就能实现充电,但磁场能有一部分以电磁辐射的形式损耗掉,因此这样传递能量是有能量损耗的,选项D错误.
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设.(1)变化的磁场产生 (如图甲所示).(2)变化的电场产生 (如图乙所示).
2.电磁场:变化的电场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一的 .3.如果在空间某区域有 变化的电场,就会在周围引起变化的磁场,变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场.这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播,形成了 .
1.理想LC振荡电路如图所示,两金属板之间的电场如何变化?周围是否会形成电磁波?
答案:金属板之间的电场发生周期性变化;周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,变化的电场和变化的磁场交替产生,在周围形成电磁波.
3.麦克斯韦从理论上预见,电磁波在真空中的传播速度等于 ,麦克斯韦预言了光是 .电磁波在真空中传播时,它的电场强度E与磁感应强度B ,二者均与电磁波的传播方向 ,所以电磁波是横波.
2.电磁波与机械波(如声波、水波等)有什么不同?
答案:机械波的传播离不开介质;电磁波可以在真空中传播,因为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.
4.通过一系列实验,赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和 等现象.他还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 .这样,赫兹证实了麦克斯韦的 理论.由此,人们认识到物质存在两种形式,一种是由原子和分子构成的 ,另一种则是以电磁场为代表的场.
1.变化的电场一定产生变化的磁场.( )2.恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场.( )3.机械波与电磁波,本质上是一致的.( )4.均匀变化的电场和磁场互相激发,形成由近及远传播的电磁波.( )5.电磁波也可以发生反射、折射.( )6.电磁波和光在真空中传播速度都是3×108 m/s.( )7.麦克斯韦证实了电磁波的存在.( )
变化的磁场产生电场的情形如图甲所示,变化的电场产生磁场的情形如图乙所示.
甲 变化的磁场产生电场
乙 变化的电场产生磁场
1.如果图甲中的磁场不变,那么还会产生电场吗?图乙中的电场不变,还会产生磁场吗?
答案:恒定的磁场不产生电场;恒定的电场不产生磁场.
2.如果图甲中的磁场均匀变化,那么产生的电场有什么特点?如果图乙中的电场均匀变化,那么产生的磁场有什么特点?
答案:磁场均匀变化,产生的电场恒定,该电场不能继续产生磁场;电场均匀变化,产生的磁场恒定,该磁场不能继续产生电场.
3.要使磁场和电场不断交替产生,磁场和电场的变化有什么特点?电磁场与静电场、静磁场相同吗?
答案:如果磁场和电场周期性变化,磁场和电场就能交替产生,形成不可分割的统一体即电磁场.电磁场与静电场、静磁场不同,电磁场是动态的,并且电场和磁场不可分割;静电场、静磁场单独存在.
4.图甲中变化的磁场产生电场,产生的电场的电场线与前面学到的静电场的电场线有什么不同点?
答案:图甲中的电场线是闭合曲线,而前面学到的静电场的电场线是非闭合曲线.
1.对麦克斯韦电磁场理论的理解.
2.电磁场.(1)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就在它周围空间引起周期性变化的磁场;这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场……于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场.(2)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.
【典例1】(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论,下列叙述正确的是( )A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.非均匀变化的电场周围产生变化的磁场,一定形成电磁波D.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
解析:教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的是交变电流,在其周围产生变化的磁场和电场,故选项A、B正确.周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,形成电磁波,故选项C错误.均匀变化的电场周围会产生恒定的磁场,故选项D错误.
图甲为LC振荡电路,电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去;图乙为做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时刻的图像.麦克斯韦根据电磁场理论预言了电磁波的存在.电磁场和电磁波看不见、摸不着,赫兹通过图丙所示实验证实了电磁波的存在.
答案:周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互“激发”,形成了电磁波;电磁波的传播不需要介质,电磁波在真空中可以传播.
2.观察图乙中电场方向、磁场方向、电磁波传播方向三者的关系,你认为电磁波是纵波还是横波?
答案:电场和磁场的方向均与电磁波的传播方向垂直,所以电磁波是横波.
1.电磁波是如何产生的?电磁波的传播是否需要介质?
3.实验中,赫兹看到当感应圈连接的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.为什么说赫兹通过这个实验证实了电磁波的存在?
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,使得导线环连接的两个小球间也产生了火花,说明这个导线环接收到了电磁波.
4.如何理解电磁场是一种物质?
答案:根据电磁场理论,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,传播过程就是传播能量的过程.能量是电磁场的物质性最有说服力的证据之一.
1.电磁波的传播特点.(1)电磁波传播不需要介质,在真空中也能传播,因为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)电磁波中电场和磁场相互垂直,电磁波沿与二者均垂直的方向传播.因此,电磁波是横波.(3)电磁波与机械波一样,也能发生反射、折射、干涉和衍射等现象,也是传播能量的一种方式.
2.电磁波与机械波的比较.
【典例2】(多选)下列关于机械波与电磁波的说法正确的是( )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
解析:机械波由机械振动产生;电磁波由周期性变化的电场和磁场产生.机械波的传播需要介质,波速受介质种类、温度的影响,不同种类的机械波波速一般不同;电磁波的波速与介质和本身频率有关.机械波有横波,也有纵波;电磁波是横波.机械波和电磁波都能发生反射、折射、干涉和衍射现象.
【典例3】声呐向水中发射的超声波遇到障碍物后被反射,测出从发出超声波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位;雷达向空中发射电磁波,遇到障碍物后被反射,同样根据发射电磁波到接收到反射波的时间及方向,即可测算出障碍物的方位.超声波和电磁波相比较,下列说法正确的是( )A.超声波与电磁波传播时,都向外传递信息或能量B.超声波与电磁波都既可以在真空中传播,又可以在介质中传播C.在空气中传播的速度与在其他介质中传播的速度相比,两种波在空气中传播时具有较大的传播速度D.超声波与电磁波相遇时可能会发生干涉
解析:超声波与电磁波传播时,都向外传递了能量或信息,故选项A正确.声呐发出的超声波是机械波,需要传播介质,不可以在真空中传播,故选项B错误.机械波在空气中传播时速度较小,在其他介质中传播时速度大,故选项C错误.超声波和电磁波不是同一类波,不可能发生干涉,故选项D错误.
1.(多选)下列关于电磁场的说法正确的是( )A.只要空间某处有变化的电场或磁场,就会在其周围产生电磁场,就会形成电磁波B.匀速运动的电子束周围一定存在电磁场,即能产生电磁波C.周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生,相互依存,形成不可分离的统一体,即电磁场D.历史上,电磁场的理论在先,实践证明在后
解析:周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生,产生电磁波,选项A、B错误,选项C正确.电磁场理论先由麦克斯韦提出,后由赫兹通过实践证实,选项D正确.
2.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是( )A.电磁波是纵波B.静止的电荷放在变化的磁场中不会受到力的作用C.当电磁波在空间中传播时,电磁能也随着一起传播D.电磁波的传播速度与介质无关
解析:电磁波是由周期性变化的电场和磁场相互“激发”产生的.电场、磁场的方向与电磁波传播方向相互垂直,因此电磁波是横波,故选项A错误.变化的磁场产生电场,电场对电荷有力的作用,故选项B错误.电磁波传播过程中,遇到导体能产生感应电流,说明电磁波在传播过程中也传播能量,故选项C正确.电磁波传播的速度与介质有关,同一电磁波在不同介质中传播的速度不同,故选项D错误.
3.关于电磁波在真空中的传播速度,下列说法正确的是( )A.频率越高,传播速度越大B.波长越长,传播速度越大C.电磁波的能量越大,传播速度越大D.频率、波长都不影响电磁波在真空中的传播速度
解析:所有电磁波,无论波长、频率如何,在真空中的传播速度都等于光速.
4.关于电磁波,下列说法正确的是 ( )A.只要有电场和磁场,就能产生电磁波B.电磁波在真空和介质中传播速度不同C.均匀变化的磁场能够在空间形成电磁波D.电场随时间变化时一定产生电磁波
解析:若电场和磁场都稳定或电场、磁场都均匀变化,则不能产生电磁波,选项A、C错误;电磁波在真空和介质中传播的速度不同,例如,光在不同的介质中传播速度不一样,选项B正确;电场随时间变化产生磁场,若产生的磁场是稳定的,则不会再产生电场,即不能产生电磁波,选项D错误.
5.电磁波由真空进入介质中时,其波速变为原来的一半,则波长将变为原来的多少?
情境 手机无线充电是比较新颖的充电方式.如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器的原理类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量.当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电.
问题 (多选)在充电过程中( )A.送电线圈中电流产生的磁场周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座不需要导线连接,这样传递能量没有损耗
解析:由于送电线圈输入的是正弦式交变电流,它是周期性变化的,产生的磁场也是周期性变化的,选项A正确,选项B错误.根据变压器原理,原、副线圈通过互感现象实现能量传递,因此送电线圈和受电线圈也通过互感现象实现能量传递,选项C正确.手机与基座不需要导线连接就能实现充电,但磁场能有一部分以电磁辐射的形式损耗掉,因此这样传递能量是有能量损耗的,选项D错误.
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