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让每个人平等地提升自我
第
1
讲
电磁波的发现
[
目标定位
]
1.
理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：
变化的磁场产生电
场，
变化的电场产
生磁场
.
了解变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场
.2.
< br>了解电磁场在空间传播形成
电磁波
.3.
了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献
.
体会两位科学家
研究物理问题的方法
.
一、伟大的预言
1.
变化的磁场产生电场
(1)
在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化
，电路里会产生感
应电流
.
这个现象的
实质是变化的磁场在空间产生了电场
.
(2)
即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场
.
2.
变化的电场产生磁场
变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场
< br>.
3.
麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了
电、磁、光现象在本质上的统一
.
想一想
麦克斯韦从什么现象认识到变
化的磁场能产生电场？关于“变化的电场能够产生
磁场”的观点，他是在什么情况下提出
的？
答案
麦克斯韦从法拉第电磁感应现象认识到变化的磁场能够产生电场
.
麦克斯韦确信自然
界规律的统一与和谐，相信电场与磁场有对称之美
< br>.
他认为：既然变化的磁场能够在空间产
生电场，那么变
化的电场也能够在空间产生磁场
.
二、电磁波
1.
电磁波的产生：
如果在空间某区域有不均匀变化的电场，
那
么这个变化的电场就在空间引
起变化的磁场；
这个变化的磁场又
会引起新的变化电场……于是，
变化的电场和磁场交替产
生，由
近及远地传播
.
电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波
.
2.
特点
(1)
电磁波可以在真空中传播
.
(2)
电磁波的传播速度等于光速
.
(3)
光在本质上是一种电磁波
.
1
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(4)
光是以波动形式传播的一种电
磁振动
.
想一想
< br>空间存在如图
4
－
1
－
1
所示的电场，
那么在
空间能不能产生磁场？在空间能不能形
成电磁波？
图
4
－
1
－
1
答案
如图所示的电场是均匀变化的，
根据麦克斯韦电磁场理论可知会在空间激发出磁场，
但磁场恒定，不会再在较远处激发起
电场，故不会产生电磁波
.
三、赫兹的电火花
1.
赫兹首先捕捉到电磁波，在以后的一系列实验中，证明了电磁波与光具有相同的性质
< br>.
他
还测得，电磁波在真空中具有与光相同的传播速度<
/p>
c
.
2.
赫兹
证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
.
3.
赫兹被誉为无线电通信的先驱
.
后人为了纪念他，把频率的
单位定为赫兹
.
想一想
是赫兹预言了电磁波的存在，并用实验证实其存在的吗？
答案
不是
.
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在
.
一、对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.
变化的磁场产生电场
如图
4
－
1
－
2
所示，
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
(
导体环
)<
/p>
是否存在无关
.
导体环的作用只是用来显
示电流的存在
.
图
4
－
1
－
2
注意
在变化的磁场中所产生
的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的
.
2.
变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦理论，
在给电容器充电的时候，
不仅
导体中的电流要产生磁场，
而且在电容器
两极板间变化着的电场
周围也要产生磁场
.(
如图
4
－
1
－
3
所示
).
2
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图
4
－
1
－
3
3.
小结
(
1)
变化的磁场在周围空间产生电场，变化的电场也在周围空间产生磁场
.
(2)
均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化
的电场产生稳定的磁场
.
(3)
振荡
的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场
.
例
1
关于电磁场理论的叙述正确的是
(
)
A.
变化的磁场周围一定存在着电
场，与是否有闭合电路无关
B.
周期
性变化的磁场产生同频率变化的电场
C.
变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D.
电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场
答案
AB
解析
变化的磁场周围产生电场，当电
场中有闭合回路时，回路中有电流
.
若无闭合回路，
电场仍然存在，
A
正确；若形成电磁场必须有周期
性变化的电场和磁场，
B
对，
C
、
D
错
.
针对训练
1
如图
4
－
1
－
4
所示是某一固定面的磁通量的变化图象，
在它周围空间产生的
电
场中的某一点场强
E
应是
(
)
图
4
－
1
－
4
A.
逐渐增强
C.
不变
答案
C
解析
由图象可知，磁场在均匀变化，
故在磁场周围产生的电场是稳定不变的
.
二、对电磁波的理解
1.
电磁波的形成
< br>变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波
.
3
B.
逐渐减弱
D.
无法确定
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2.
电磁波的特点
< br>(1)
电磁波是横波
.
电磁波中
的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播
.
(2)
电磁波的传播不需要介质
.
在真
空中传播速度等于光速
c
＝3.00×10
m/s.
(3)
电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程
就是辐射能量的过程
.
(4)
电磁波
具有波的一切特性，能够发生反射、折射等现象
.
例
2
下列关于电磁波的说法中正确的是
(
)
A.
只要电场和磁场发生变化，就
能产生电磁波
B.
电磁波的传播需要介质
C.
停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
< br>
D.
电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外
传递的
答案
CD
解析
要想产生持续的电磁波，
变化的电场
(
或磁场
)
产生的磁场
(
或电场
)
必须是非均匀变化
的
，所以
A
选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要
介质而在真空中传播，
B
选项错误；电磁波可以脱离“波源”而
独立存在，
C
选项正确；电磁波可以使电荷移动，说
明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以
D<
/p>
正确
.
针对训练
2
关于电磁波在真空中的传播速度，以下说法正确的是
(
)
A.
电磁波的频率越高，传播速度越大
B.
电磁波的波长越长，传播速度越大
C.
电磁波的能量越大，传播速度越大
D.
所有电磁波在真空中的传播速度都相等
答案
D
解析
电磁波在真空中的传播速度为光速，与其他因素无关
.
对麦克斯韦电磁场理论的理解
1.
关于电磁场理论，下列说法中正确的是
(
)
A.
在电场的周围空间一定产生磁场
B.
任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场
C.
均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场
D.
振荡电场在周围空间产生变化的磁场
8
4