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4.2电磁场与电磁波
电磁振荡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，那么，这些电磁波是怎样产生的？
新课导入
电磁场理论的核心之一
1.变化的磁场产生电场
麦克斯韦认为:在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关，导体环只是用来显示电流的存在。
注意：这种电场的电场线是闭合的（涡旋电场）
这实际上是个假设。这个假设基于电磁感应现象，是很自然的。
变化的磁场→感应电流
一.电磁场
实验现象
变化的磁场产生电场
一.电磁场
理解：
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周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场
④非均匀变化的磁场产生变化的电场
E
t
O
B
t
O
t
B
O
E
O
t
正弦曲线
振荡磁场
振荡电场
E与B频率相同
一.电磁场
非均匀变化的磁场
激发
3.电场和磁场的变化关系
变化电场
均匀变化
激发
稳定磁场
不再激发
激发
变化磁场
均匀变化
激发
稳定电场
非均匀变化的电场
非均匀变化的磁场
一.电磁场
变化的磁场产生电场
变化的电场产生磁场
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电磁场。
电场
磁场
电场
电场
磁场
电场
周期性变化的电场
变化的电场和变化的磁场交替产生，形成了一个不可分割的统一体——电磁场。
电磁场由远及近地向周围传播，一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波。
一.电磁场
机械波的传播需要介质
电磁波靠电和磁的相互"感应"传播，而不是靠介质的机械传递。
波速=光速c
二.电磁波
变化的电场和与变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。
变化
的电场
变化
的磁场
变化
的电场
新的
电场和磁场
二.电磁波
1.电磁波是横波
电磁波在真空中传播时，它的电场强度E与磁感应强度B相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直。即 E⊥B ⊥V。
二.电磁波
麦克斯韦
2.预言光是电磁波
光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡——光是一种电磁波。
二.电磁波
光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡——光是一种电磁波。
方向：与电场强度E与磁感应强度B互相垂直
二.电磁波
1.电磁波：麦克斯韦推断变化的
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.电磁波的特点：
①电磁波传播不需要介质
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电磁波是横波
电磁波在空间传播时，
在任一位置上（或任
一时刻）E、B、v三
个矢量相互垂直。
二.电磁波
2.电磁波的特点：
③真空中电磁波的速度等于光速，c=3×108m/s，光也是一种电磁波
麦克斯韦从理论上预见，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！他说：“我们有充分的理由断定，光本身是……按电磁波规律传播的一种电磁振动。”
④电磁波的频率由振源决定，波速由介质决定，波长由振源和介质共同决定。用三者之间存在这样的关系：
⑤电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象
⑥电磁波具有能量，可以传递信息
二.电磁波
赫兹证实电磁波存在的实验装置
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。
实验原理：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.赫兹的电火花
二.电磁波
微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。
检波器
二.电磁波
赫兹的电火花
赫兹
电火花
传播
火花
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。
二.电磁波
赫兹实验的模拟
4.赫兹的成果
①观察到了电磁电磁波的反射、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，证明了光是一种电磁波。
③物质存在两种形式，一种是由原子和分子构成的实物，另一种则是以电磁场为代表的场。
二.电磁波
电磁波的发现过程
“磁生电”
赫兹检测到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。
麦克斯韦猜想与假设：
1 . 变化的磁场产生电场
“电生磁”
2 . 变化的电场产生磁场
麦克斯韦
预言了电磁波的存在
预言光是一种电磁波
二.电磁波
5.电磁波与机械波的比较
电磁波 机械波
不同点
相同点 在真空或介质中均可传播
有介质才能传播
波速度由介质决定
传播速度与介质和频率有关（频率越高的电磁波在同一种介质中的传播速度越小）
都会发生折射、反射、衍射、干涉现象
υ ＝λ·f，都是周期性的，都是传播能量的过程
二.电磁波
麦克斯韦
科学漫步
麦克斯韦电磁场理论的建立
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。变化的电场产生磁场 电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。
二.电磁波
麦克斯韦 (1831-1879)。麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡，他的父亲原是律师，但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题，他这种对科学的强烈爱好，对麦克斯韦一生有深刻的影响。
二.电磁波
海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857年2月22日－1894年1月1日），德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。
赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。　　
二.电磁波
【例题】关于麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是（　　）
A.在赫兹发现电磁波的实验基础上，麦克斯韦提出了完整的电磁场理论
B.变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场
C.恒定的电场可以在周围的空间产生磁场
D.麦克斯韦第一个预言了电磁波的存在，赫兹第一个用试验证明了电磁波的存在
BD
【例题】关于电磁波的特点,下列说法中不正确的是(　　)
A.电磁波中电场和磁场互相垂直,电磁波沿二者垂直的方向传播
B.电磁波是横波
C.电磁波传播不需要介质
D.电磁波不具有干涉和衍射现象
D
1.有四个电路，其中的电场随时间变化的图像分别对应图中的一个，其中能发射电磁波的是（　　）
D
牛刀小试
根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场可以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，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播，从而形成电磁波。而恒定不变的磁场和随时间均匀变化的电场都不能发射电磁波。
2.关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）
A.变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场
B.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在
C.电磁波的传播速度等于光速C
D.各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播
B
变化的电场一定在周围空间产生磁场，周期性变化的电场才会在周围空间产生变化的磁场，A错误；麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在，B正确；电磁波在真空中传播速度等于光速C，C错误；各种频率的电磁波在真空中传播的速度相同等于光速，D错误。
3.关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）
A.在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大
B.在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大
C.赫兹实验中导线环的空隙中产生电火花是因为电磁波在导线环中激发出感应电动势
D.只要赫兹实验中的电火花一停止，产生的电磁波立即消失
C
在真空中所有电磁波的传播速度都等于光速，与电磁波的频率、能量大小无关，A、B错误；赫兹实验中导线环的空隙中产生电火花，是因为电磁波在导线环中激发出感应电动势，C正确；当赫兹实验中的电火花停止即发射电路的电磁振荡停止，只是不再产生新的电磁波，但已产生的电磁波不会立即消失，还会继续传播，故D错误。

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