电磁场和电磁波

高中物理教案 电磁场和电磁波
一、导引
人类认识客观世界，发现新的事物，常有二种方式，一种是从生产实践，科学实验中观察分析后发现新的事物，另一种是从科学理论出发，预言新的事物存在，电磁波的发现，属于后一种。麦克斯韦从电磁场理论出发，运用了较为深奥的数学工具，得到了描述电磁场特性的规律，并预言了电磁波的存在。10年后，他的学生赫兹用实验方法证实了麦克斯韦的伟大预言，发射并接收了电磁波，从而开创了无线电技术的新时代。
我们现在粗略地介绍了一下麦克斯韦的这个理论。

二、授课
1．麦克斯韦的理论要点一，变化的磁场产生电场
演示实验
装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。
(1)线圈中产生感应电动势说明了什么？
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
(2)如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？
引导学生思考后回答，有电场、无电流。
(3)想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？(有)
(4)总结说明，麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。

2．变化的电场产生磁场
我们知道，电流周围存在着磁场，麦克斯韦研究了电现象和磁现象的相似和联系。经过反复思考提出一个假设，变化的电场产生磁场。
这一点，我们从哲学上知道，事物之间是相互联系的，可以相互转化。
比如根据麦克斯韦的理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场。

3．电磁场、电磁波
(1)概念
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某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……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，这种变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且由发生的区域向周围空间传播。见课本6-7图，电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波。
(2)电磁波的特点
①是横波
②是物质波，真空中也能传播，能独立存在(与机械波不同)
③具有反射、折射、干涉、衍射等波的一切特性
（3）波速公式c＝λf
c为真空中速度，电磁波在真空中速度等于光速。
无线电技术中使用的电磁波叫无线电波，见课本表格介绍。

三、扩展
麦克斯韦的电磁场理论三点
1．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。
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。这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度(或电场强度)的变化量相等，或者说磁感应强度(或电场强度)对时间变化率一定。
3．不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场
4．振荡的(即周期性变化的)磁场产生同频率的振荡电场，振荡的电场产生同频率的振荡磁场。
5．变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场，向周围空间传播这就是电磁波。

四、学生活动设计
通过观察试验，发挥想象能力，画出变化磁场产生的电场的电场线。2．总结机械波与电磁波的联系与区别

五、板书设计
电磁场和电磁波
麦克斯韦电磁场理论
1．变化的磁场产生电场
2．变化的电场产生磁场

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