2013-2014学年高二物理配套课件：3.2 电磁场和电磁波（教科版选修3-4）.ppt

1、名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习2 电磁场和电磁波名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一、麦克斯韦电磁理论的两个基本假设变化的磁场能够在周围空间产生电场变化的电场能够在周围空间产生磁场二、电磁场如果在空间某区域有变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间引起变化的磁场，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，称为电磁场名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习三、电磁波产生：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的

2、，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波赫兹的实验(1)赫兹实验装置(如图3-2-1所示)图3-2-1名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(2)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火花(3)现象分析：当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的这种电磁场以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，使得导线环的空隙中也产生了火花(4)实验结论：赫兹证实了的存在电磁场电磁波感应电动势电磁波名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习垂直垂直名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习一、麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论19

3、世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦总结前人对电磁现象的研究，建立了完整的电磁场理论，预言了电磁波的存在(1)变化的磁场产生电场图3-2-2名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习实验基础：实验装置如图3-2-2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)是否存在无关导体环的作用只是用来显示电场的存在注意：在变化的磁场中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名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习(2)变化的电场产生磁场根据麦克斯韦理论，在电容器充放电的时候，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

4、场(如图3-2-3所示)图3-2-3名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习麦克斯韦电磁场理论的理解(1)恒定的电场不产生磁场(2)恒定的磁场不产生电场(3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场(4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场(5)振荡电场产生同频率的振荡磁场(6)振荡磁场产生同频率的振荡电场说明：周期性变化的电场又叫振荡电场；周期性变化的磁场又叫振荡磁场名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习电磁场如果在空间某区域中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产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场变化的电场和变化的磁场是相互联系着

5、的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习二、电磁波和机械波的异同不同点机械波电磁波对 象研究力学现象研究电磁现象周期性变化的物理量位移随时间和空间做周期性变化电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化传 播传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关传播无需介质，在真空中波速总是c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系产 生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电流(电磁振荡)激发横 波可以是是纵 波可以是无名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例1】如图3-2-4所示，在内壁光滑、水平放置的玻璃圆

6、环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动若在此空间突然加上方向竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球的带电荷量不变，那么()对麦克斯韦电磁理论的理解图3-2-4名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习A小球对玻璃杯的压力不断增大B小球受到的磁场力不断增大C小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D磁场力对小球一直不做功名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析因为玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场，在周围产生稳定的旋涡电场，对带正电的小球做功由楞次定律，判断电场方向为顺时针方向在电场力作用下，小球先沿逆

7、时针方向做减速运动，后沿顺时针方向做加速运动小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用：环对小球的弹力N和磁场的洛伦兹力FBqv，而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化，弹力N和洛伦兹力F不一定始终在增大磁场力始终与圆周运动的线速度方向垂直，所以磁场力对小球不做功答案 CD名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习借题发挥 这是一道力、电综合题，其中许多物理量是相互关联又相互制约的，如变化的磁场产生电场，F电改变带电小球的运动状态，运动状态的改变又带来F洛的变化，继而又带来弹力N的变化，等等名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习

8、【变式1】根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场可以产生电场当产生的电场的电场线如图3-2-5所示时，可能是()A向上方向的磁场在增强B向上方向的磁场在减弱C向下方向的磁场在减弱D向上方向的磁场先减弱，然后反向增强图3-2-5名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析 在电磁感应现象的规律中，当一个闭合回路中由于通过它的磁通量发生变化时，回路中就有感应电流产生，回路中并没有电源，电流的产生是由于磁场的变化造成的麦克斯韦把以上的观点推广到不存在闭合电路的情况，即变化的磁场产生电场判断电场与磁场变化的关系仍可利用楞次定律，只不过是用电场线方向代替了电流方向向上方向的磁场增强时，感应电流的磁场阻碍原

9、磁场的增强而方向向下，根据安培定则判断出感应电流方向如图中E的方向所示，选项A正确、B错误同理，当磁场反向即向下的磁场减小时，也会得到如图中E的方向，选项C正确、D错误，故选A、C.答案 AC名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例2】关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是()A恒定的电场能够产生电磁波B电磁波的传播需要介质C电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变D电磁波传播的过程中也传递了能量对电磁场和电磁波的理解名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习解析变化的电场产生磁场，恒定的电场不会产生磁场，所以不会产生电磁波，选项A错电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播，选项B错电

10、磁波从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波长和波速发生变化，选项C正确电磁波传播的过程也把电磁场的能量传递出去，选项D正确答案 CD名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习借题发挥 对于电磁波除掌握其产生的基本原理外，还需注意：(1)电磁波可以在真空中传播，不需要介质；电磁波就是一种物质，可以传递能量，搭载信息(2)电磁波在不同介质中传播时，频率不变不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同：vc.在介质中传播时，电磁波与机械波不同，机械波在介质中传播的速度与介质有关，电磁波在介质中传播的速度与介质和

11、频率均有关名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【变式2】电磁波与声波比较，下列说法正确的是()A电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D电磁波和声波在介质中的传播速度，都由介质决定，与频率无关名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习电子感应加速器应用感生电场加速电子的电子感应加速器(betatron)，是感生电场存在的最重要的例证之一.早在1932年J.斯莱皮恩就提出利用感应电场加速电子的想法，接着也有不少人进行了这方面的研究，但他们都没有成功，

12、直到1940年D.W.克斯特解决了电子轨道的稳定问题以后，才建成了第一台电子感应加速器，把电子加速到2.3MeV.随后这种加速器发展得很快，1942年建成了20MeV的电子感应加速器，1945年建成了100MeV的电子感应加速器.名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室，当用交变电流励磁电磁铁时，在环形室内就会感生出很强的、同心环状的有旋电场用电子枪将电子注入环形室，电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛伦兹力的作用下，沿圆形轨道运动由于磁场和感生电场都是交变的，所以在交变电流的一个周期内，只有当感生电场的方向与电子绕行的方向相反时，电子才能得到加速名 师

13、解 疑分 类 例 析自 主 学 习因而，要求每次注入电子束并使它加速后，在电场尚未改变方向前就将已加速的电子束从加速器中引出由于用电子枪注入真空室的电子束已经具有一定的速度，在电场方向改变前的短短时间内，电子束已经在环内绕行几十万圈，并且一直受到电场加速，所以，可以获得能量相当高的电子例如一个100 MeV的电子感应加速器，能使电子速度加速到0.999986c.这里，c是光在真空中的速度名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习【典例3】电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的如图3-2-6所示，在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室，用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场，从而在环

14、形室内产生很强的电场，使电子加速，被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动设法把高能电子引入靶室，能使其进一步加速在一个半径r0.84 m的电子感应加速器中，电子在被加速的4.2 ms内获得的能量为120 MeV.这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，磁通量从零增到1.8 Wb，则电子绕行的圈数为()名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习A1.4105圈B1.4102圈C2.8102圈D2.8105圈图3-2-6名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习单击此处进入课堂对点演练名 师 解 疑分 类 例 析自 主 学 习单击此处进入活页规范训练