本课程通过回顾基础知识并讲解例题,帮助学生深化对本章基本概念和规律的理解,并熟练运用这些知识解决物理问题。在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上,能够分析和解决一些实际问题。通过复习,培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力,学习一定的研究问题的科学方法。
【物理观念】了解电电磁波理论的理解。
【科学思维】通过结合生活中各种相应现象及常识,理解变化的磁场产生电场。
【科学探究】培养学生实验探求知识的意识,增强求知欲望。
【科学态度与责任】经历用所学过的知识来解决相关现象、解释相关问题。
问题:
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?
电磁学之父:
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(JamesClerkMaxwell,1831年6月13日?1879年11月5日),出生于苏格兰爱丁堡,英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人,统计物理学的奠基人之一。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理,毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授,最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《论电和磁》被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后最重要的物理学经典之一。麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学,也就不可能有现代文明。
探究点一
麦克斯韦假设的两大观点:
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。
变化的磁场周围产生电场
【思考】:
老师引出:
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2、
3、
麦克斯韦指出,变化的磁场周围会产生电场,这是一种普遍现象,与闭合电路是否闭合无关。导体环仅用于展示电流的存在。
【说明】:
1、在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)。
2、变化的磁场产生电场”,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。
理解:(1)
(2)
说明:1、依据麦克斯韦理论,在电容器充电过程中,不仅导体中的电流会产生磁场,而且电容器两极板间变化的电场也会在其周围产生磁场。
2、“变化的电场产生磁场”,这是另一个假设。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。
基于麦克斯韦的两个观点,可以推断出变化的电场与磁场总是相互关联,构成一个不可分割的整体电磁场。当空间某一区域存在周期性变化的电场时,会在其周围产生相应的变化磁场。这些变化的电场和磁场又会在更远的空间引发新的变化电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播,形成了电磁波。
3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:
1)、
2)、
3)、
4)、
5)、
6)、振荡磁场产生同频率的振荡电场。
探究点二、
4、
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。”。
5、电磁波的特点:
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2、电磁波传播无需介质,其速度V受介质影响。任何频率的电磁波在真空中的传播速度恒等于光速。电磁波的频率在传播过程中保持不变。随着介质的不同波长会发生变化。
6、
海因里希·鲁道夫·赫兹(HeinrichRudolfHertz,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。
7、
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。电磁波抵达导线环时,在其内部引发感应电动势,从而在导线环的间隙产生火花,证明导线环已接收电磁波。
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。
无线电报(1901)——广播(1906)——电话(1916)——传真(1923)——电视(1929)——微波(1933)——雷达(1935)——卫星通讯——电子计算机因特网等都与电磁波理论相关。
1)、在以后的一系列实验中,赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。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统一性。这样,赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路,后人为了纪念他,把频率的单位定为赫兹。
2)、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。
法拉第