麦克斯韦的电磁场理论电子教案
【教学课件】第七章麦克斯韦电磁理论和电磁波 - 大学物理电子教案
Idq d(S)SdSdD
dt dt dt dt
-
+ +
-+
--
+ +
-+
-σ-- ddDt
+σ
+ +
-+
--
+ +
S-
D
+
S
整理课件
3
§1 麦克斯韦电磁理论
2、麦克斯韦位移电流假说
变化的电场可以等效成一种电流，叫做位移电流。位移 电流密度等于电位移矢量对时间的变化率。即：
jd
位移电流强度为：
6
§1 麦克斯韦电磁理论
通量
环流
D静电 dS0dV
E静电 dl 0
S
V
D感生 dS0
S
BdS 0
S
LH LL Ed感l生SdJl0dSSSBtD tdSdS
重新整合写成电场和磁场各两个方程
整理课件
7
§1 麦克斯韦电磁理论
DdS0dV
S
V
LE dlS B tdS
LH S BdldSSJ 00dS SD tdS
2. 爱因斯坦相对论的重要实验基础
整理课件
13
§2 电磁波
3. 预言电磁波的存在
由微分方程出发 在各向同性介质中
E
且在 J0 0 0 0 情况下
H
对沿 x 方向传播的电磁场(波) 有
2Ey 2Ey
x2
t2
2Hz x2
2Hz t2
——是波动
方程的形式 z
满足的微分 方程形式是 波动方程
y Ey u
i
1
《麦克斯韦电磁场理论》 学历案
《麦克斯韦电磁场理论》学历案一、学习目标1、理解麦克斯韦电磁场理论的基本概念和主要内容。
2、掌握麦克斯韦方程组的表达式及其物理意义。
3、了解麦克斯韦电磁场理论对电磁波的预言以及电磁波的产生和传播。
4、认识麦克斯韦电磁场理论在现代科技中的重要应用。
二、学习重难点1、重点（1）麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设：变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场。
（2）麦克斯韦方程组的物理意义和应用。
2、难点（1）对变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场的理解。
（2）电磁波的产生和传播机制。
三、知识链接1、静电场和恒定磁场的基本规律（1）库仑定律：描述真空中两个静止点电荷之间的作用力。
（2）高斯定理：描述静电场中电场强度的通量与电荷分布的关系。
（3）安培环路定理：描述恒定磁场中磁感应强度的环流与电流的关系。
2、法拉第电磁感应定律：揭示了磁通量变化与感应电动势之间的关系。
四、学习过程1、麦克斯韦电磁场理论的提出背景在 19 世纪中叶，人们对电磁现象的认识主要基于库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等实验定律。
然而，这些定律都是孤立地描述电场或磁场的某一方面，无法解释一些复杂的电磁现象。
麦克斯韦在总结前人工作的基础上，凭借其敏锐的洞察力和卓越的数学才能，提出了统一的电磁场理论。
2、麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设（1）变化的磁场产生电场这一假设是对法拉第电磁感应定律的推广。
法拉第电磁感应定律指出，当通过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势和感应电流。
麦克斯韦进一步指出，即使没有闭合回路，变化的磁场也会在其周围空间激发电场。
例如，一个变化的磁场穿过一个静止的环形导体，即使导体没有构成回路，导体中的自由电子也会在电场的作用下发生定向移动，从而产生感应电动势。
（2）变化的电场产生磁场这一假设是麦克斯韦的创新之处。
当时的实验还没有直接证实这一假设，但麦克斯韦通过理论分析和数学推导，坚信这一假设的正确性。
例如，在电容器充电和放电过程中，电容器极板间的电场是变化的，麦克斯韦认为这种变化的电场会在周围空间产生磁场。
大学物理电子教案10电磁场理论
《大学物理》教案二〇一五年三月第10章 电磁场理论内容：全电流定律麦克斯韦方程组10.1全电流定律10.1.1位移电流麦克斯韦对电磁场的重大贡献的核心是位移电流的假说。
位移电流是将安培环路定理运用于含有电容器的交变电路中出现矛盾而引出的。
我们知道，在稳恒电流中传导电流是处处连续的，磁场与传导电流之间满足安培环路定理0i L i d I μ⋅=∑⎰B l 电流是稳恒的，所以∑i I 应该是穿过以该闭合回路L 为边界的任意形状曲面S 的传导电流。
在非稳恒条件下，安培环路定理是否还成立？对于S 1曲面，因有传导电流穿过该曲面，故应用安培环路定理I l B 0L d μ=•⎰ 而对于S 2面来说，因没有传导电流通过S 2，因此有0d L=•⎰l B 可见，在非稳恒电流的磁场中，把安培环路定理应用到以同一闭合回路L 为边界的不同曲面时，得到完全不同的结果。
也就是说安培环路定理在非稳恒的情况下不适用了。
麦克斯韦注意到了安培环路定理的局限性，他注意到电容器充放电时，极板间虽无传导电流，却存在着变化的电场。
麦克斯韦在仔细审核了安培环路定理后，肯定了电荷守恒定律，对安培环路定理作了修改。
为了解决电流不连续的问题，麦克斯韦提出了位移电流的假设，把变化的电场视为电流，称为“位移电流”。
电容器充放电时，设t 时刻A 极板电荷为＋q ，电荷密度为＋σ，B 极板电荷为－q ，电荷密度为－σ，极板面积为S ，则导线中传导电流为图10-2 位移电流()dt d S dt S d dt dq I c σσ===dtd dt dqS I j c c σ===S dtd S dt dq S I j c c σ=== 在电容器充放电过程中，板上的电荷面密度为σ，两极板之间的电位移矢量大小D=σ和电位移通量DS D =Φ都是变化的，电位移通量对时间的变化率就称为“位移电流”I d ，即()c D d I dtd S dt dD S dt DS d dt d I ====Φ=σ dtdD j d = dt dD j d =（10-2） 麦克斯韦称I d 为位移电流强度，称j d 为位移电流密度。
大学物理电子教案10电磁场理论.doc
《大学物理》教案二〇一五年三月第 10 章电磁场理论内容：全电流定律麦克斯韦方程组10.1 全电流定律10.1.1 位移电流麦克斯韦对电磁场的重大贡献的核心是位移电流的假说。
位移电流是将安培环路定理运用于含有电容器的交变电路中出现矛盾而引出的。
我们知道，在稳恒电流中传导电流是处处连续的，磁场与传导电流之间满足安培环路定理B dl 0I iL i电流是稳恒的，所以I i应该是穿过以该闭合回路L为边界的任意形状曲面S 的传导电流。
在非稳恒条件下，安培环路定理是否还成立？对于 S1曲面，因有传导电流穿过该曲面，故应用安培环路定理IB ? dl 0L而对于 S2面来说，因没有传导电流通过 S2，因此有B ? dl 0L可见，在非稳恒电流的磁场中，把安培环路定理应用到以同一闭合回路L 为边界的不同曲面时，得到完全不同的结果。
也就是说安培环路定理在非稳恒的情况下不适用了。
麦克斯韦注意到了安培环路定理的局限性，他注意到电容器充放电时，极板间虽无传导电流，却存在着变化的电场。
麦克斯韦在仔细审核了安培环路定理后，肯定了电荷守恒定律，对安培环路定理作了修改。
为了解决电流不连续的问题，麦克斯韦提出了位移电流的假设，把变化的电场视为电流，称为“位移电流”。
电容器充放电时，设t时刻A 极板电荷为＋q，电荷密度为＋，B极板电荷为－ q，电荷密度为－，极板面积为S，则导线中传导电流为图 10-2 位移电流I c dq d S Sd dt dt dtI c dqdj c dtS S dtI c dqdj c dtS dtS在电容器充放电过程中，板上的电荷面密度为，两极板之间的电位移矢量大小 D= 和电位移通量 D DS 都是变化的，电位移通量对时间的变化率就称为“位移电流” I d，即I d d D d DS dD dI cdt dtS SdtdtdDj ddtj ddD（ 10-2 ）dt麦克斯韦称 I d为位移电流强度，称 j d为位移电流密度。
第3章 3.1 麦克斯韦的电磁场理论+3.2 电磁波的发现
第3章 3.1 麦克斯韦的电磁场理论+3.2 电磁波的发现3.1 麦克斯韦的电磁场理论3.2 电磁波的发现学习目标知识脉络1.理解麦克斯韦电磁理论的两个要点，了解电磁场与电磁波的联系与区别，以及电磁波的特点.(重点)2.了解麦克斯韦理论在物理发展史上的意义.3.了解LC振荡电路中电磁振荡的产生过程.(难点)4.了解电磁振荡的周期和频率，会求LC电路的周期和频率.(重点)麦克斯韦电磁场理论[先填空]1.英国物理学家麦克斯韦创立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在.2.变化的磁场产生电场不均匀变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的磁场产生稳定的电场.3.变化的电场产生磁场不均匀变化的电场产生变化的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场.4.电磁场理论——伟大的丰碑(1)不均匀变化的磁场和电场相互耦连，形成不可分离的统一的电磁场.(2)变化的电场与变化的磁场相互激发，由近及远地向周围空间传播，就形成了电磁波.麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在.(3)在电磁波的传播过程中，电场和磁场方向相互垂直并都垂直于传播的方向，即电磁波是横波.(4)电磁波在真空中的传播速度等于光速.[再判断]1.变化的电场一定产生变化的磁场.(×)2.恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场.(×)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E.磁场周围一定存在电场【解析】【答案】ABC2.根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是()A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直E.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场【解析】教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确.均匀变化的电场周围会产生恒定不变的磁场，E错误.【答案】ABD3.如图3-1-1所示，在变化的磁场中放置一个闭合线圈.图3-1-1(1)你能观察到什么现象？(2)这种现象说明了什么？【解析】(1)灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生.(2)变化的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流.【答案】见解析判断是否产生电场或磁场的技巧1.变化的电场或磁场能够产生磁场或电场.2.均匀变化的场产生稳定的场.3.非均匀变化的场产生变化的场.4.周期性变化的场产生同频率的周期性变化的场.5.稳定不变的场不能产生新的场.赫兹实验与电磁振荡[先填空]1.赫兹实验(1)实验分析和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时，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传到了导线环，导线环中激发出感应电动势，使与导线环相连的金属球间也产生了电火花.这个导线环实际上是电磁波的检测器.(2)实验结论赫兹实验证实了电磁波的存在，检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性.2.电磁振荡(1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流.(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路.最基本的振荡电路为LC振荡电路.(3)电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程.(4)电磁振荡的周期与频率①周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.②频率：1 s内完成周期性变化的次数.振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率.③周期和频率公式：T＝2πLC，f＝12πLC.[再判断]1.在振荡电路中，电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能.(√)2.电容器放电完毕，电流最大.(√)3.L和C越大，电磁振荡的频率越高.(×)[后思考]1.在LC振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？【提示】充电两次，充电电流方向不相同.2.在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？【提示】放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能.[核心点击]1.各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程q E i B 能量0→T4放电过程q m→0E m→00→i m0→B mE电→E磁T 4→T2充电过程0→q m0→E m i m→0B m→0E磁→E电T 2→3T4放电过程q m→0E m→00→i m0→B mE电→E磁3T4→T 充电过程0→q m0→E m i m→0B m→0E磁→E电2.(如图3-1-2所示)图3-1-23.板间电压u、电场能E E、磁场能E B随时间变化的图像(如图3-1-3所示)图3-1-3u、E E规律与q-t图像相对应；E B规律与i-t图像相对应.4.分类分析(1)同步关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能E E是同步变化的，即：q↓→E↓→E E↓(或q↑→E↑→E E↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能E B也是同步变化的，即：i↓→B↓→E B↓(或i↑→B↑→E B↑)(2)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、E E与线圈中的三个物理量i、B、E B是同步异向变化的，即q、E、E E同时减小时，i、B、E B同时增大，且它们的变化是同步的，也即：q、E、E E↑同步异向变化,i、B、E B↓.注意：自感电动势E的变化规律与q-t图像相对应.4.LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图3-1-4所示，则下列说法正确的是()图3-1-4A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大E.若电容器正在充电，则自感电动势正在阻碍电流增大【解析】本题考查各物理量发生变化的判断方法.由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对，A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对，由楞次定律可判定D对，E错.故正确答案为B、C、D.【答案】BCD5.如图3-1-5所示，LC电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700 Hz 变为1 400 Hz，则把电容________到原来的________.图3-1-5【解析】由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的12，由T＝2πLC，L不变，当C＝14C0时符合要求.【答案】减小1 46.如图3-1-6所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S，并开始计时，画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图像(q为正值表示a极板带正电).图3-1-6【解析】开关S处于闭合状态时，电流稳定，又因L电阻可忽略，因此电容器C两极板间电压为0，所带电荷量为0，S断开的瞬间，D灯立即熄灭，L、C组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的T4时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为0，而电容器极板上电荷量则由0增为最大，根据电流流向，此T4时间里，电容器下极板b带正电，所以此T4时间内，a极板带负电，由0增为最大.【答案】LC振荡电路充、放电过程的判断方法1.根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程.2.根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程.3.根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电.电磁波的发射和电磁波的特点[先填空]1.发射条件有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：第一，要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大；第二，应采用开放电路，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间.2.电磁波的特点(1)电磁波中的电场E与磁场B相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直.因此电磁波是横波.(2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光的本质是电磁波.(3)电磁波具有波的一般特征，波长(λ)、周期(T)或频率(f)与波速(v)间关系为v＝λT＝λf.(4)电磁波和其他波一样也具有能量，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.[再判断]1.振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波.(√)2.电磁波的传播速度等于光速c.(×)3.电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播.(√)[后思考]1.怎样才能形成开放电路?【提示】在振荡电路中，使电容器变成两条长的直导线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线，形成开放电路.2.雷雨天气，从调至中波段的收音机中，会不断地传出很响的“咔嚓”声，这是为什么？【提示】雷雨天形成闪电时会发出很强的电磁波，收音机接收到后会感应出电流，引起扬声器发出声响，形成很响的“咔嚓”声.[核心点击]1.机械波与电磁波的共性机械波与电磁波是本质上不同的两种波，但它们有共同的性质：①都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；②都满足v＝λT＝λf；③波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变.2.电磁波与机械波的区别电磁波机械波不同点本质电磁现象力学现象产生机理由电磁振荡产生由机械振动产生周期性变化的量场强E与磁感应强度B随时间和空间作周期性变化质点的位移x、加速度a随时间和空间作周期性变化波的性质横波即有横波，又有纵波传播介质不需要介质，可在真空中传播只能在弹性介质中传播速度特点由介质和频率决定仅由介质决定A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D.机械波只有横波E.电磁波只有纵波【解析】机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都适用，A说法对；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B说法对；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C说法对；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D、E说法错.【答案】ABC8.下列关于电磁波的叙述中，正确的是()A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象E.电磁波具有波的一切特征【解析】电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故A项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3×108m/s，故B项不正确；电磁波在传播过程中其频率f不变，由波速公式v＝λf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故E项正确，D项不正确.【答案】ACE电磁波的特点1.电磁波有波的一切特点：能发生反射、折射现象；能产生干涉、衍射等现象.2.电磁波是横波.在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度方向总是互相垂直的，并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直.3.电磁波可以在真空中传播，向外传播的是电磁能.第 11 页。
电磁场与电磁波电子教案
电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场与电磁波概述1.1 电磁场的概念电场和磁场的定义电磁场的性质和特点1.2 电磁波的产生和传播电磁波的定义和特点麦克斯韦方程组与电磁波的产生电磁波的传播特性1.3 电磁波的分类和应用无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线的特点和应用电磁波谱的概述第二章：电磁场的基本方程2.1 电场和磁场的基本方程高斯定律、法拉第电磁感应定律和安培定律的表述边界条件和解的存在性2.2 波动方程和传播特性电磁波的波动方程波的传播方向、波速和波长之间的关系横波和纵波的特性2.3 电磁场的能量和辐射电磁场的能量密度和能量流密度辐射阻力和辐射功率天线辐射和接收的原理第三章：电磁波的传播和散射3.1 均匀介质中的电磁波传播均匀介质中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和相位常数电磁波的极化特性3.2 非均匀介质中的电磁波传播非均匀介质中电磁波的传播方程非均匀介质对电磁波传播的影响波的折射、反射和透射3.3 电磁波的散射散射现象的定义和分类散射方程和散射矩阵散射cross section 和散射截面第四章：电磁波的辐射和接收4.1 电磁波的辐射辐射现象的定义和分类天线辐射的原理和特性辐射阻力和辐射功率的计算4.2 电磁波的接收接收天线和接收电路的设计与分析噪声和信号的接收与处理接收灵敏度和信噪比的计算4.3 电磁波的应用无线通信和广播技术雷达和声纳技术医学成像和治疗技术第五章：电磁波的数值方法和计算5.1 电磁波的数值方法概述数值方法的定义和特点常见数值方法的原理和应用5.2 有限差分时域法（FDTD）FDTD方法的原理和算法FDTD模型的建立和求解过程FDTD法的应用实例5.3 有限元法（FEM）FEM方法的原理和算法FEM模型的建立和求解过程FEM法的应用实例第六章：电磁波的测量与实验技术6.1 电磁波测量概述电磁波测量的目的和意义电磁波测量方法和技术6.2 电磁波的发射与接收实验实验设备的组成和功能发射与接收实验的步骤和注意事项实验数据的处理与分析6.3 电磁波的反射与折射实验实验设备的组成和功能反射与折射实验的步骤和注意事项实验数据的处理与分析第七章：电磁波在特定介质中的传播7.1 电磁波在均匀介质中的传播均匀介质中电磁波的传播特性电磁波在导体和绝缘体中的传播7.2 电磁波在非均匀介质中的传播非均匀介质中电磁波的传播特性电磁波在多层介质中的传播7.3 电磁波在复杂介质中的传播复杂介质中电磁波的传播特性电磁波在生物组织、大气等介质中的传播第八章：电磁波的应用技术8.1 无线通信与广播技术无线通信与广播系统的工作原理调制与解调技术信号传输与接收技术8.2 雷达与声纳技术雷达与声纳系统的工作原理脉冲信号处理与距离测量目标识别与跟踪技术8.3 医学成像与治疗技术医学成像技术的工作原理与应用磁共振成像（MRI）与X射线成像电磁波在医学治疗中的应用第九章：电磁波的防护与安全9.1 电磁波的防护原理电磁波防护的方法与技术电磁屏蔽与吸收材料的应用电磁防护材料的研发与评价9.2 电磁波的安全标准与规范电磁波辐射的安全限值与标准电磁兼容性与电磁干扰控制电磁波辐射的环境影响与监管9.3 电磁波防护与安全的实际应用电磁波防护在电子设备与通信系统中的应用电磁波防护在医疗与生物领域的应用电磁波防护在日常生活与工作中的应用第十章：电磁波的展望与未来发展趋势10.1 电磁波技术在通信领域的展望5G与6G通信技术的发展趋势量子通信与卫星通信技术的应用无线充电与智能物联网技术的发展10.2 电磁波技术在科研领域的展望电磁波在暗物质探测与宇宙观测中的应用电磁波技术在材料科学与环境工程中的应用电磁波技术在生物医学与基因工程中的应用10.3 电磁波技术在社会生活中的影响电磁波技术对人类生活的影响与改变电磁波技术在教育与娱乐领域的应用电磁波技术在智能家居与交通工具中的应用重点和难点解析第一章中电磁场的概念和电磁波的产生传播是基础，需要重点关注电磁场的性质和特点，以及麦克斯韦方程组与电磁波产生的关系。
电磁波的发现及应用+示范教案
4 电磁波的发现及应用教学目标1.知道麦克斯韦的电磁场理论。
2.了解电磁波的产生过程，知道赫兹通过实验捕捉到了电磁波。
3.知道电磁波谱，了解不同频率电磁波的应用。
4.知道电磁波的物质性，知道电磁波具有能量，了解电磁波通信对人们生活的影响。
教学重难点教学重点1.麦克斯韦电磁场理论。
2.电磁波谱的认识。
教学难点电磁波产生过程的认识。
教学准备多媒体课件教学过程新课引入电磁波为信息的传递插上了翅膀，广播、电视、移动通信等方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。
问题那么，电磁波是怎样发现的呢？讲授新课一、电磁场教师活动：介绍英国物理学家麦克斯韦。
1856年，发表了第一篇电磁学论文《论法拉第的力线》。
这篇论文仅限于把法拉第的思想翻译成数学语言，还没有引导到新的结果。
1862年，发表了第二篇论文《论物理力线》。
发展了法拉第的思想，扩充到变化的磁场产生电场，而且大胆假设：变化的电场产生磁场，并预言了电磁波的存在。
1873年，出版了科学名著《电磁理论》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。
教师活动：下面我们定性的介绍麦克斯韦关于电磁场的一些观点。
1.变化的磁场产生电场这是法拉第的电磁感应现象。
麦克斯韦：变化的磁场在空间产生了电场，电路中的自由电荷在电场的作用下定向移动，形成了感应电流，电场。
变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律。
恒定的磁场不产生电场均匀变化的磁场产生恒定的电场周期性变化的磁场产生同频率的振荡电场非均匀变化的磁场产生变化的电场麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。
他大胆的假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。
2.变化的电场产生磁场恒定的电场不产生磁场均匀变化的电场产生恒定的磁场周期性变化的电场产生同频率的振荡磁场非均匀变化的电场产生变化的磁场按照这个理论，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二、电磁波1.伟大的预言麦克斯韦推断：如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么它就在空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。
《麦克斯韦的电磁场理论》 讲义
《麦克斯韦的电磁场理论》讲义在探索物理学的奇妙世界时，麦克斯韦的电磁场理论无疑是一座璀璨的里程碑。
这一理论不仅深刻地改变了我们对电磁现象的理解，还为现代通信、电子技术等众多领域奠定了坚实的基础。
要理解麦克斯韦的电磁场理论，首先得从电磁现象的早期研究说起。
在麦克斯韦之前，库仑、奥斯特、安培和法拉第等科学家已经在电磁学领域做出了重要的贡献。
库仑定律描述了电荷之间的静电力，奥斯特发现了电流的磁效应，安培进一步研究了电流与磁场之间的关系，而法拉第则提出了电磁感应定律。
然而，这些成果还只是分散的知识点，没有形成一个统一的理论框架。
直到麦克斯韦的出现，他凭借着卓越的数学才能和深刻的物理洞察力，将这些看似孤立的电磁现象整合到了一个统一的电磁场理论中。
麦克斯韦电磁场理论的核心是一组四个方程，通常被称为麦克斯韦方程组。
这四个方程分别描述了电场的高斯定律、磁场的高斯定律、法拉第电磁感应定律和安培麦克斯韦定律。
电场的高斯定律表明，通过一个闭合曲面的电通量等于这个闭合曲面所包围的电荷量除以真空中的介电常数。
简单来说，就是电荷会产生电场，电场线从正电荷出发，终止于负电荷。
磁场的高斯定律指出，通过一个闭合曲面的磁通量总是为零。
这意味着，不存在单独的磁荷（磁单极子），磁力线总是闭合的。
法拉第电磁感应定律大家应该比较熟悉，它说的是当通过一个闭合回路的磁通量发生变化时，会在回路中产生感应电动势。
这个定律解释了发电机的工作原理，也是电磁学中非常重要的一个定律。
安培麦克斯韦定律则将安培定律进行了扩展。
安培定律原本描述的是电流产生磁场的情况，而麦克斯韦加入了一个位移电流的概念。
位移电流并不是真正的电流，而是变化的电场产生的一种等效电流。
这一概念的引入使得安培定律在非恒定电流的情况下也能成立。
麦克斯韦方程组不仅能够解释已知的电磁现象，还预言了电磁波的存在。
根据方程组，麦克斯韦计算出了电磁波的传播速度，发现它与当时已知的光速非常接近。
于是，他大胆地提出光就是一种电磁波。
3.1麦克斯韦的电磁场理论
编制人：刘方毅审核人：王孝宏日期：2013.5.22 编号：023 班级：姓名：组别：评价：3.1麦克斯韦的电磁场理论学习目标：1．了解法拉第的对物理学贡献。
2．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。
3．麦克斯韦关于电磁波的预言，了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义。
教学重点：1、变化的磁场产生电场。
2、变化的电场产生磁场。
※预习案※使用说明及学法指导：①研读教材，初步总结规律，体会推理过程，完成预习教材设置的问题，发现问题，查阅资料，解决问题。
②独立完成，限时15分钟。
一、知识准备1．麦克斯韦认为，变化的磁场在闭合电路周围产生了一个________ ，进而推动闭合电路中的电荷做定向运动，形成了________.2．变化的磁场产生________，变化的电场产生________，这就是麦克斯韦电磁场理论的基本观点．3．电磁波与机械波不同，不需要介质，可以在真空中传播．电磁波的速度等于________．4．恒定电流能够在周围空间产生稳定的________．均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的________．二、教材助读1、静电场________(选填“能”或“不能”)产生磁场，静磁场________(选填“能”或“不能”)产生电场．2、周期性变化的电场产生周期性变化的________；周期性变化的磁场产生周期性变化的________．3、均匀变化的电场的周围一定产生稳定的________；均匀变化的磁场的周围一定产生稳定的________．4、麦克斯韦认为，在空间内产生了非均匀变化的电场，就会在空间内产生变化的________，而这些电场和磁场又在远处产生变化的电场和磁场，这样反复进行，使变化的电场和磁场由近及远地向周围空间传播出去，形成了______________．5、电磁波传递的是________，可以在真空中传播，具有________、________、________和________等波动特性．6、光是________的一种，在真空中传播的速度等于光速c＝________________.三、预习自测学习建议：自测具有一定的基础性，又有一定的思维含量，只有“细心才对，思考才会”。
麦克斯韦原理教案
麦克斯韦原理教案介绍本教案旨在向学生介绍麦克斯韦原理的基本概念和应用。
麦克斯韦原理是电磁学中的一项重要理论，描述了电磁场的运动规律和相互作用。
通过本教案的研究，学生将能够理解麦克斯韦原理的核心内容，并且掌握其在实际问题中的运用。
研究目标- 理解麦克斯韦原理的定义和基本原理- 掌握麦克斯韦方程组的形式和意义- 理解电磁场的运动规律和相互作用- 学会运用麦克斯韦原理解决实际问题内容概述1. 麦克斯韦原理的定义和基本原理- 麦克斯韦原理的提出和发展历程- 麦克斯韦原理的基本概念和说明2. 麦克斯韦方程组的形式和意义- 麦克斯韦方程组的构成和推导过程- 麦克斯韦方程组的物理意义和应用3. 电磁场的运动规律和相互作用- 电场和磁场的基本性质和特征- 电磁场的运动规律和相互作用机制4. 麦克斯韦原理的实际应用- 麦克斯韦原理在电磁波传播中的应用- 麦克斯韦原理在电磁感应中的应用- 麦克斯韦原理在电磁能量转化中的应用教学方法- 讲授：通过讲解麦克斯韦原理的基本原理、麦克斯韦方程组的形式和意义等知识点，帮助学生理解和掌握相关概念和内容。
- 示例分析：通过实际问题的分析和解答示范，帮助学生运用麦克斯韦原理解决实际问题。
- 练：提供一定数量和难度的练题，让学生巩固和应用麦克斯韦原理的知识和技能。
评估方法- 平时表现：观察学生的听课情况、课堂参与程度和作业完成情况。
- 测试：组织笔试或者上机测试，考察学生对麦克斯韦原理的理解和应用能力。
参考资料- 麦克斯韦方程组讲义- 电磁学教材- 相关学术论文。
麦克斯韦电磁场理论教案
【课 题】 §3.1 麦克斯韦的电磁场理论 【教学目标】（一）知识与技能1．了解法拉第的对物理学贡献。
2．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。
3．麦克斯韦关于电磁波的预言，了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义。
（二）过程与方法 （1） 通过对麦克斯韦电磁场理论基本思想形成过程的学习，体会在科学探究中如何充分利用已有的实验基础和理论，展开大胆的猜想与假设，进行强有力的逻辑理论思维，建立新理论，预言新现象。
（2） 通过麦克斯韦电磁场理论的成功，感受运用数学工具进行推理论证对物理学发展的意义。
（3） 通过“磁生电与电生磁的相似之处”的讨论与交流，进一步掌握类比法，初步形成“对称”的思想方法。
（三）情感、态度与价值观 （4） 感悟科学家的创造性思维，体验科学家献身科学的精神；体验物理学的研究方法以及数学在物理学中的特殊地位。
（5） 通过对麦克斯韦电磁场理论基本思想形成过程的学习，感受物理学的和谐之美、对称之美、有序之美。
（6） 通过对电磁场理论建立过程的学习，体会物理学发展经历了“实践――理论――实践”的艰辛过程。
【学情分析】这部分知识是选修3-1、3-2中电场、磁场、电磁感应等基本电场学知识的延伸和发展。
在学习了选修3-1、3-2后学习这部分知识，可以说学生有一定的基础，但是这部分知识介绍的麦克斯韦关于电磁场理论提出的思路，以及他独特的创造性思维，学生理解起来确有一定的难度，教学中应重视思维过程以及思维方法的介绍，不可急于求成。
【教学思路】注意介绍科学家的思维起点以及独特的创造性思维方法，同时要遵循学生的思维规律，从学生已知的电磁现象推理、归纳出相关结论。
【教学重点、难点】理解：1、变化的磁场产生电场。
2、变化的电场产生磁场。
【教学方法、学习方法】1教法：理论分析、逻辑推理和类比推理。
2学法：阅读、思考、讨论交流。
【教学流程】【教学过程及知识要点】一、法拉第的贡献学生阅读：P.561、法拉第创造性地引入“场”的概念，并用“力线”用来描述抽象的“场”（电场和磁场）。
电磁场与电磁波+教学方案
2 电磁场与电磁波教学目标(1)了解麦克斯韦提出电磁场理论的依据及大体过程，理解麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设。
(2)体会麦克斯韦提出电磁场理论的意义。
(3)了解赫兹实验的原理及意义。
(4)在了解麦克斯韦提出电磁场理念的过程、及赫兹的实验的过程中，体会必然推理与或然推理在新理论的发展所起到的作用。
教学重难点教学重点麦克斯韦电磁场的两个基本假设、赫兹的实验教学难点麦克斯韦电磁场的两个基本假设、赫兹的实验教学准备多媒体课件教学过程新课引入教师设问：请大家回顾一下电流的磁效应。
学生活动：思考老师所提问题，然后集体回答所提问题。
教师设问：请大家回顾一下电磁感应定律。
学生活动：思考老师所提问题，然后集体回答老师所提问题。
教师口述：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导线会使磁针偏转，揭示了电流的磁效应。
1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，表明磁也会生电。
好像电与磁有一定的联系。
教师口述：法拉第对自己所做的电磁实验进行了深入的思考，提出了一种全新的观点，磁体和电荷周围并不是空无一物，而是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续的介质，这种介质传递着电磁相互作用。
法拉第把这种看不见，摸不着的介质称作场。
教师口述：电与磁到底有怎样的联系？19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结了前人研究成果的基础上，建立了具有划时代意义的电磁场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系。
下面我们就来学习麦克斯韦所提出的电磁场理论。
讲授新课一、电磁场为了将电场与磁场统一起来，麦克斯韦预言电场和磁场可以在空间中传播。
麦克斯韦提出电磁场理论基于如下信息：⏹电场线起源于正电荷，终止于负电荷。
⏹磁感线是闭合的曲线，没有起点和终点。
⏹变化的磁场可以产生电动势，因而有电场的产生。
⏹运动的电荷可以产生磁场。
变化的磁场可以产生电场，麦克斯韦认为自然界是对称的，因此，他认为变化的电场可以产生磁场。
教师活动：讲解麦克斯韦关于电磁场的两条基本理论。
3.1麦克斯韦的电磁场理-沪科教版选修3-4教案
3.1 麦克斯韦的电磁场理-沪科教版选修3-4教案一、教学目标1.了解麦克斯韦方程组及其意义；2.掌握电荷和电场的关系，以及电场的电通量和电势等概念；3.熟悉电磁感应定律及其应用；4.了解电磁波的产生和特性，并掌握电磁波的传播方程；5.熟悉波的反射、折射和干涉现象。
二、教学重点1.麦克斯韦方程组及其意义；2.电荷和电场的关系，以及电场的电通量和电势等概念；3.电磁感应定律及其应用。
三、教学难点1.电磁波的产生和特性；2.电磁波的传播方程；3.波的反射、折射和干涉现象。
四、教学过程1.引入（5分钟）引导学生回顾前两章的学习内容，了解电的基本概念及其相关知识。
2.麦克斯韦方程组（20分钟）讲解麦克斯韦方程组的概念和意义，并详细介绍四个方程的内容，包括高斯定理、法拉第电磁感应定律、安培环路定理和右手定则，以及麦克斯韦方程组的物理意义。
3.电荷与电场（20分钟）分析电荷与电场的关系，学习电场的电通量和电势等概念，并结合实际应用讲解电荷分布、静电力、电荷运动的规律。
4.电磁感应定律（25分钟）介绍电磁感应定律的概念及其应用，重点讲解法拉第电磁感应定律，包括极端情况下的应用，让学生对电磁感应定律的概念和应用有深入的认识。
5.电磁波（20分钟）学习电磁波的产生和特性，了解电磁波的基本性质以及电磁波和物质的相互作用。
同时，讲解电磁波的输运方式，包括电磁波在空间中的传播和反射、折射等现象。
6.波的传播和反射（20分钟）详细介绍波的传播和反射现象，包括波动方程、平面波的特性、波的干涉、衍射等。
让学生了解波的基本特性，掌握波的传播、反射、折射、干涉等现象。
五、教学总结通过本节课的学习，让学生了解了麦克斯韦的电磁场理论，并掌握了电磁波的产生和传播，以及波的特性、反射、折射、干涉等现象。
同时，学生还学会了电磁感应定律及其应用，以及电荷和电场的关系，为以后的学习打下基础。
六、课堂小结本节课主要内容包括麦克斯韦方程组及其意义、电荷与电场、电磁感应定律、电磁波和波的反射、折射与干涉现象等。
3.1麦克斯韦的电磁场理论-3.2电磁波的发现 学案(2020年沪科版高中物理选修3-4)
3.1麦克斯韦的电磁场理论-3.2电磁波的发现学案（2020年沪科版高中物理选修3-4）3.1麦克斯韦的电磁场理论3.2电磁波的发现学习目标1.了解麦克斯韦电磁场理论的两大基本论点，能从这两个基本论点出发分析简单问题.2.知道麦克斯韦预言了电磁波的存在及其在物理学发展史上的意义.3.知道赫兹用实验证实了电磁波的存在.4.了解什么叫电磁振荡，了解LC回路中电磁振荡的产生过程及其固有周期频率.5.了解有效发射电磁波的两个条件，知道电磁波的特点及其与机械波的异同1法拉第创造性地用“力线”和“场”的概念来描述电荷之间.磁体之间以及电与磁之间的相互作用2电磁场理论的两大支柱1变化的磁场产生电场；2变化的电场产生磁场3赫兹用实验证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性4电磁振荡1振荡电流大小和方向都做周期性变化的电流2振荡电路能够产生振荡电流的电路图1就是一种基本的振荡电路，称为LC振荡电路图13电磁振荡在振荡电路中，电路中的电流.电容器极板上的电荷.电容器中的电场强度和线圈中的磁感应强度都要发生周期性的变化，这种现象叫做电磁振荡5电磁波的特点1电磁波是横波；2电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度c，约为3.0108m/s；3电磁波具有波的一般特征，波长.频率f.周期T 和波速v之间的关系为vf；4电磁波也具有能量一.电磁场理论的两大支柱导学探究1如图2所示，当磁棒相对一闭合线圈运动时，线圈中的电荷做定向移动，是因为受到什么力的作用若把闭合线圈换成一个内壁光滑的绝缘环形管，管内有直径略小于环内径的带正电的小球，则磁棒运动过程中会有什么现象小球受到的是什么力图2答案电荷受到电场力作用做定向移动当磁棒运动时，带电小球会做定向滚动，小球受到的仍然是电场力2以上现象说明什么问题答案空间磁场变化，就会产生电场，与有没有闭合线圈无关3在如图3所示的含有电容器的交流电路中，电路闭合时，电路中有交变电流，导线周围存在磁场那么在这个闭合电路的电容器中有电流吗电容器两极板间存在磁场吗图3答案电容器中无电流，两极板间存在磁场知识深化1电磁场理论的两大支柱1变化的磁场产生电场；2变化的电场产生磁场2对麦克斯韦电磁场理论的理解恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场例1多选根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是A在电场的周围空间，一定存在着和它联系着的磁场B在变化的电场周围空间，一定存在着和它联系着的磁场C恒定电流在其周围不存在磁场D恒定电流周围存在着稳定的磁场答案BD解析电场按其是否随时间变化分为稳定电场静电场和变化电场如运动电荷形成的电场，稳定电场不产生磁场，只有变化的电场周围空间才存在对应的磁场，故B对，A错；恒定电流周围存在稳定磁场，磁场的方向可由安培定则判断，D对，C错二.电磁振荡导学探究把自感线圈.可变电容器.示波器.电源和单刀双掷开关按图4连成电路先把开关置于电源一边，为电容器充电，稍后再把开关置于线圈一边，使电容器通过线圈放电图41在示波器显示屏上看到的是电流的图像还是线圈两端电压的图像是什么形状的图像答案示波器呈现的是线圈两端电压的图像图像呈周期性变化，类似家庭电路所用的交流电2调节电容器电容的大小，图像如何变化答案电容变小时，图像周期变小；电容变大时，图像周期变大知识深化1电磁振荡的过程如图5所示，图6是电路中的振荡电流.电容器极板带电荷量随时间的变化图像图5图62各物理量的变化情况时刻时间工作过程qEiB能量0放电瞬间qmEm00E电最大E磁最小0放电过程qm0Em00im0BmE电E磁放电结束00imBmE电最小E磁最大充电过程0qm0Emim0Bm0E磁E电充电结束qmEm00E电最大E磁最小放电过程qm0Em00im0BmE电E磁放电结束00imBmE电最小E磁最大T充电过程0qm0Emim0Bm0E磁E电T充电结束qmEm00E电最大E磁最小3.电磁振荡的周期和频率周期T2，频率f.其中周期T.频率f.自感系数L.电容C的单位分别是秒s.赫兹Hz.亨H.法F延伸思考为什么放电完毕时，电流反而最大答案开始放电时，由于线圈的自感作用，放电电流不能瞬间达到最大值，而是逐渐增大，随着线圈的阻碍作用减弱，放电电流增加变快，当放电完毕时，电流达到最大值例2如图7所示为LC振荡电路中电容器的极板带电荷量随时间变化曲线，下列判断中正确的是图7在b和d时刻，电路中电流最大在ab时间内，电场能转变为磁场能a和c时刻，磁场能为零在Oa和cd时间内，电容器被充电A只有和B只有和C 只有D只有和答案D解析a和c时刻是充电结束时刻，此时刻电场能最大，磁场能最小为零，正确；b和d时刻是放电结束时刻，此时刻电路中电流最大，正确；ab是放电过程，电场能转化为磁场能，正确；Oa是充电过程，而cd是放电过程，错误三.电磁波的发射导学探究如今在我们周围空间充满了各种频率不同.传递信息各异的电磁波，你知道这些电磁波是如何发射出去的吗答案由巨大的开放电路发射出去的知识深化1有效地向外发射电磁波时，振荡电路必须具有的两个特点1利用开放电路发射电磁波2提高振荡频率2实际应用的开放电路如图8，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连图8例3要提高LC振荡电路辐射电磁波的本领，应该采取的措施是A增加辐射波的波长B使振荡电容的正对面积足够小C尽可能使电场和磁场分散开D增加回路中的电容和电感答案B解析理论证明，电磁波发射本领功率与f成正比，电磁场应尽可能扩散到周围空间，形成开放电路而f，C，要使f增大，应减小L或C，只有B符合题意四.电磁波及其与机械波的比较导学探究电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性，但它们具有本质的不同，你能举例说明吗答案例如机械波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播则不需要介质知识深化电磁波与机械波的比较电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象周期性电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化位移随时间和空间做周期性变化传播情况传播无需介质，在真空中波速总等于光速c，在介质中传播时，波速与介质及频率都有关传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关产生机理由电磁振荡周期性变化的电流激发由波源质点的振动产生是否横波是可以是是否纵波否可以是干涉现象满足干涉条件时均能发生干涉现象衍射现象满足衍射条件时均能发生明显衍射例4多选以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是A机械波和电磁波，本质上是一致的B机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波的频率有关C机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波D它们都能发生反射.折射.干涉和衍射现象答案BCD解析机械波由振动产生；电磁波由周期性变化的电场或磁场产生，机械波是能量波，传播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械波有横波，也有纵波，而电磁波一定是横波，它们都能发生反射.折射.干涉和衍射等现象，故选项B.C.D正确1下列说法中正确的是A任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振荡电场B任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场C任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场D电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场答案C解析根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场磁场的变化是均匀的，产生的磁场电场是恒定的；如果电场磁场的变化是不均匀的，产生的磁场电场是变化的；振荡电场磁场在周围空间产生同频率的振荡磁场电场；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场故选C.2多选关于电磁波的特点，下列说法正确的是A电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波沿与二者垂直的方向传播B电磁波是横波C电磁波的传播不需要介质，是电场和磁场之间的相互感应D电磁波不具有干涉和衍射现象答案ABC解析电磁波是横波，其E.B.v三者互相垂直电磁波也是一种波，它具有波的特性，因此A.B.C正确，D错3多选如图9所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯泡D正常发光，现突然断开S，并开始计时，能正确反映电容器a极板上电荷量q及LC回路中电流i规定顺时针方向为正随时间变化的图像是图中q为正值表示a极板带正电图9答案BC解析S断开前，电容器C短路，线圈中电流从上到下，电容器不带电；S断开时，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减小，给电容器C充电，此时LC回路中电流i沿顺时针方向正向最大；给电容器充电过程，电容器带电荷量最大时a板带负电，线圈L中电流减为零此后，LC 回路发生电磁振荡形成交变电流综上所述，选项B.C正确。
《麦克斯韦电磁场理论》 导学案
《麦克斯韦电磁场理论》导学案一、学习目标1、理解麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
2、知道电磁波的产生条件及电磁波的特点。
3、了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展中的重要意义。
二、知识回顾1、静电场的基本性质：静电场是由静止电荷产生的。
电场强度 E 描述电场的强弱和方向。
静电场的电场线不闭合，始于正电荷，终止于负电荷。
2、恒定电流产生的磁场：电流周围存在磁场，磁场的方向可以用安培定则判断。
磁感应强度 B 描述磁场的强弱和方向。
磁感线是闭合曲线。
三、麦克斯韦电磁场理论的提出1、麦克斯韦的猜想麦克斯韦认为，变化的磁场能够在周围空间产生电场。
举例：比如在一个通有变化电流的线圈附近，放置一个闭合的导体回路，变化的磁场会在导体回路中产生感应电动势，从而产生感应电流。
这表明变化的磁场产生了电场。
2、麦克斯韦电磁场理论的基本观点变化的电场产生磁场。
变化的磁场产生电场。
四、电磁波的产生1、电磁波的产生条件要有足够高频率的变化电场和变化磁场。
变化的电场和变化的磁场必须交替产生，形成不可分割的统一体，才能有效地向远处传播。
2、电磁波的特点电磁波是横波，电场强度 E 和磁感应强度 B 的方向都与传播方向垂直。
电磁波在真空中的传播速度等于光速，c ＝ 30×10^8 m/s。
电磁波能够发生反射、折射、干涉、衍射等现象。
五、麦克斯韦电磁场理论的意义1、统一了电学和磁学麦克斯韦电磁场理论将电学和磁学统一起来，揭示了电、磁现象的内在联系，为现代电磁学的发展奠定了基础。
2、预言了电磁波的存在麦克斯韦通过理论推导，预言了电磁波的存在，这一预言后来被赫兹通过实验证实。
3、对现代通信的影响电磁波的发现和应用，使人类进入了信息时代，无线电通信、广播、电视、卫星通信等技术得以实现。
六、典型例题例 1：关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（）A 稳定的电场产生稳定的磁场B 均匀变化的电场产生均匀变化的磁场C 变化的电场一定产生变化的磁场D 周期性变化的电场产生周期性变化的磁场解析：根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的电场产生稳定的磁场，变化的电场产生磁场，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场。
《麦克斯韦电磁场理论》 导学案
《麦克斯韦电磁场理论》导学案一、学习目标1、理解麦克斯韦电磁场理论的基本概念和主要内容。
2、掌握电磁波的产生条件和传播特点。
3、了解麦克斯韦电磁场理论对现代物理学和通信技术的重要意义。
二、知识储备1、静电场和恒定磁场的基本规律库仑定律：真空中两个静止点电荷之间的作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。
电场强度：描述电场强弱和方向的物理量，定义为单位正电荷在电场中所受的力。
高斯定理：通过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量除以真空中的介电常数。
安培环路定理：在恒定磁场中，磁场强度沿任意闭合回路的线积分等于穿过该回路所包围面积的电流代数和乘以磁导率。
2、法拉第电磁感应定律闭合电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
三、麦克斯韦电磁场理论的主要内容1、变化的电场产生磁场电容器充电和放电时，在电容器周围的空间中会产生变化的电场。
根据麦克斯韦的理论，这种变化的电场会产生磁场。
2、变化的磁场产生电场当一个导体回路在变化的磁场中时，回路中会产生感应电动势，这意味着变化的磁场会产生电场。
3、电磁场的统一麦克斯韦认为，电场和磁场是相互关联的，它们共同构成了一个统一的电磁场。
电磁场可以以电磁波的形式在空间中传播。
四、电磁波的产生1、电磁波的产生条件要有足够高频率的振荡电流，以产生迅速变化的电场和磁场。
要有开放的电路，使电场和磁场能够扩散到周围空间。
2、电磁波的特点电磁波是横波，电场强度和磁场强度的方向都与电磁波的传播方向垂直。
电磁波在真空中的传播速度等于光速，即 c ＝ 3×10^8 m/s。
电磁波具有波的共性，如能产生反射、折射、干涉、衍射等现象。
五、麦克斯韦电磁场理论的意义1、科学意义麦克斯韦电磁场理论是物理学史上的一次重大突破，它将电学、磁学和光学统一起来，揭示了自然界中电磁现象的本质。
2、技术应用麦克斯韦电磁场理论为现代通信技术的发展奠定了基础，如无线电通信、电视、雷达等。
《麦克斯韦电磁场理论》 说课稿
《麦克斯韦电磁场理论》说课稿尊敬的各位评委老师：大家好！今天我说课的题目是《麦克斯韦电磁场理论》。
下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程以及教学反思这几个方面来展开我的说课。
一、教材分析《麦克斯韦电磁场理论》是高中物理选修 3-4 中的重要内容。
这一理论是电磁学领域的重大突破，对现代物理学的发展产生了深远的影响。
教材在编排上，先介绍了电场和磁场的基本概念，为麦克斯韦电磁场理论的学习奠定了基础。
然后通过实验和理论推导，逐步引出麦克斯韦电磁场理论的主要内容。
教材注重知识的逻辑性和系统性，有助于学生建立完整的电磁学知识体系。
二、学情分析学生在之前的学习中，已经掌握了电场和磁场的基本性质，以及法拉第电磁感应定律等相关知识。
但对于电磁场的概念以及麦克斯韦电磁场理论的理解可能存在一定的困难。
这需要教师通过生动的实例和形象的演示，帮助学生突破难点。
同时，高二的学生已经具备了一定的逻辑思维能力和抽象思维能力，但还需要进一步培养和提高。
在教学中，要引导学生积极思考，主动参与，培养他们的科学探究精神。
三、教学目标1、知识与技能目标（1）理解麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设。
（2）掌握变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场的规律。
（3）了解电磁波的产生和传播。
2、过程与方法目标（1）通过对麦克斯韦电磁场理论建立过程的学习，培养学生的逻辑推理能力和科学思维方法。
（2）通过实验观察和分析，提高学生的观察能力和实验分析能力。
3、情感态度与价值观目标（1）让学生体会科学家探索真理的艰辛历程，培养学生勇于创新、敢于质疑的科学精神。
（2）激发学生对物理学的兴趣，增强学生学习物理的自信心。
四、教学重难点1、教学重点（1）麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设。
（2）变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场的规律。
2、教学难点（1）对麦克斯韦电磁场理论的理解和应用。
（2）电磁波的产生和传播原理。
五、教学方法为了实现教学目标，突破教学重难点，我将采用以下教学方法：1、讲授法通过讲解，让学生系统地了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
《麦克斯韦电磁场理论的意义》导学案
《麦克斯韦电磁场理论的意义》导学案一、学习目标1、理解麦克斯韦电磁场理论的主要内容。
2、认识麦克斯韦电磁场理论的重大意义。
3、体会麦克斯韦电磁场理论在物理学发展中的重要地位。
二、知识回顾在学习麦克斯韦电磁场理论之前，我们先来回顾一下之前所学的有关电场和磁场的知识。
电场是由电荷产生的，电荷周围存在着电场。
电场对放入其中的电荷有力的作用。
库仑定律描述了两个点电荷之间的静电力的大小和方向。
磁场是由磁体或电流产生的。
磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。
安培定则用于判断电流产生的磁场方向。
三、麦克斯韦电磁场理论的主要内容麦克斯韦电磁场理论是由英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在19 世纪建立的。
这一理论主要包括以下两个方面：1、变化的磁场产生电场麦克斯韦认为，变化的磁场能够在空间激发电场。
例如，在一个通有变化电流的线圈周围，就会产生电场。
这个电场不同于由静止电荷产生的静电场，它是一种感应电场。
2、变化的电场产生磁场麦克斯韦进一步指出，变化的电场也能够在空间激发磁场。
当电容器充电或放电时，电容器中的电场发生变化，就会在周围空间产生磁场。
麦克斯韦通过数学推导，将电场和磁场的变化关系用一组方程（麦克斯韦方程组）来描述。
这组方程准确地揭示了电场和磁场之间的相互联系和相互激发。
四、麦克斯韦电磁场理论的意义1、统一了电学和磁学在麦克斯韦之前，电学和磁学被认为是两个独立的领域。
奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，但是这些发现并没有从根本上统一电学和磁学。
麦克斯韦电磁场理论将电场和磁场统一起来，表明电和磁是不可分割的整体，极大地推动了物理学的发展。
2、预言了电磁波的存在根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场和磁场相互激发，形成电磁波。
麦克斯韦通过理论计算得出了电磁波的传播速度等于光速，从而预言了光也是一种电磁波。
这一预言在后来被赫兹通过实验所证实，为无线电通信、广播、电视等技术的发展奠定了基础。
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物理学史上三次大综合
❖ 17世纪，伽利略研究地面上物体的运动，打开了通 向近代物理学的大门。牛顿在此基础上把地面上物 体的运动和天体运动统一起来，揭示了天上地下一 切物体的普遍运动规律，建立了经典力学体系，实 现了物理学史上第一次大综合。
❖ 18世纪，经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的 研究，经典热力学和经典统计力学正式确立，从而 把热与能、热运动的宏观表现与微观机制统一起来， 实现了物理学史上的第二次大综合。
❖ 超距说——物体间的相互吸引力的传递，是 不需要通过任何介质、不需要时间的。
❖ 场——磁体和电荷周围并不是空无一物，而 是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续 的介质，通过这种介质传递着电磁相互作用。
麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家
经典电磁理论的奠基 人 , 气体动理论创始人之 一。提出了有旋场和位移 电流的概念 , 建立了经典 电磁理论 (1864) , 并预言 了以光速传播的电磁波的 存在。在气体动理论方面 , 提出了气体分子按速率分 布的统计规律。
麦克斯韦引入位移电流
❖ 把电容器充、放电过程在电路中形 成的电流看成有一个新的电流，叫 做位移电流。
导线中靠自由电子的运动导电， 电容器中靠位移电流导电。
麦克斯韦假设
（1）有旋电场（感应电场） 假设： 变化的磁场要激发电场
（2）位移电流假设： 变化的电场要激发磁场
电场和磁场之间存在密切联系
一座伟大的丰碑
(3)通过导体时的效果不同：传导电流通过导体时产 生焦耳热，而位移电流不产生焦耳热。
传导电流
全电
流
IS IId
位移电流
H d l ( H ( 1 ) H ( 2 ) ) d l I I d I s
H d l I Id
jcdS
D dS t
在磁场中沿任意闭合回路 的H线积分在数值上等于
其特点是：电场、磁场各自独立存在。
麦克斯韦的发展
变化的电场和变化的磁场相互联系,形成一个 不可分割的统一体——电磁场.电场和磁场只是电 磁场这个统一体的两种具体表现形式。
变化的磁场产生电场
S
N
S
N
❖ 当用磁棒接近或远离闭合电路时，电路中就产生 感应电动势，它推动着电路各处的自由电荷形成 电流，仿佛沿着电路有一个电场一样。
这个感应电动势的大小跟电路的具体结构无 关，只跟磁通量的变化率有关。
麦克斯韦的进一步推广
S
N
S
N
❖ 如果没有实际的电路，在同样大小的空间范 围内也将产生同样大小的感应电动势。
变化的电场产生磁场
❖ 交变电流为什么能通过 电容器呢？
由于交变电流能使电容器两极反复充放电， 极板上电荷量的变化，相当于导线中不断有电荷 在流动，导致电灯发光。
❖ 19世纪，麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学 家研究的基础上，经过深入研究，把电、磁、光统 一起来，建立了经典电磁理论，预言了电磁波的存 在，实现了物理学史上第三次大综合。
谢谢
位移电流：电场中某一点位移电流密度矢量 等vj d于
该点电位移矢量对时间的变化率；通过电场中某一截
面的位移电流 等于I 通d 过该截面电位移通量 对时间的
变化的磁场能产生电场 变化的电场能产生磁场
❖ 磁场的变化是均匀 的，产生的电场是 稳定的
❖ 磁场的变化是不均 匀的，产生的电场 是变化的
❖ 电场的变化是均匀 的，产生的磁场是 稳定的
❖ 电场的变化是不均 匀的，产生的磁场 是变化的
根据麦克斯韦电磁场理论,电场和磁场将相互激发, 由近及远向周围空间传播出去,形成电磁波。
第三章 划时代的发现
伟大的丰碑 麦克斯韦的电磁场理论
靖边中学 李靖东
接力棒 从一位巨人的手中传到了另位巨人手中
❖法拉第——麦克斯韦（电磁学） ❖第谷——开普勒（天体力学） ❖伽利略——牛顿（经典力学）
四种作用力之迷
❖库仑力（电荷间作用力） ❖磁极间作用力 ❖电流元之间作用力 ❖万有引力
场和力线的新概念
在法拉第发现电磁感应定律那一年，即1831年， 麦克斯韦在英国的爱丁堡出生了。他从小聪明好问。 父亲是个机械设计师，很赏识自己儿子的才华，常带 他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。十岁时送他到爱 丁堡中学。在中学阶段，他就显示出了在数学和物理 方面的才能，十五岁那年就写了一篇关于卵形线作图 法的论文，被刊登在《爱丁堡皇家学会学报》上。 1847年，十六岁的麦克斯韦考入爱丁堡大学。1850年 又转入剑桥大学。他学习勤奋，成绩优异，经著名数 学家霍普金斯和斯托克斯的指点，很快就掌握了当时 先进的数学理论。这为他以后的发展打下了良好的基 础。1854年在剑桥大学毕业后，曾先后任亚伯丁马里 夏尔学院、伦敦皇家学院和剑桥大学物理学教授。他 的口才不行，讲课效果较差。
➢ 麦克斯韦尔假设一: ——感生电场假设
变化电流假设
变化率，即
r
v jd d d D t Id S d d D t d d t
在有电容器的电路中，电容器极板表面被中断 的传导电流I，可以由位移电流Id继续下去，从而构 成了电流的连续性。
3. 位移电流与传导电流的关系
(1) 位移电流与传导电流在产生磁效应上是等效的。
(2) 产生的原因不同：传导电流是由自由电荷运动 引起的，而位移电流本质上是变化的电场。
麦克斯韦在电磁学方面的贡献是总结了 库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆 逊等人的研究成果特别是把法拉第的力线和 场的概念用数学方法加以描述、论证、推广 和提升，创立了一套完整的电磁场理论。
麦克斯韦除了在电磁学方面的贡献外， 还是分子运动论的奠基人之一。
静电场
静电场是由电量不随时间变化的静止 电荷产生的;恒定磁场是由恒定的电流产生 的，两种场都不随时间变化,称为:静态场。
穿过以该闭合回路为边线的任意曲面的传导电流和位
移电流的代数和，这称为全电流安培定律，简称全电
流定律。
位移电流与传导电流有什么相同和不同？
1、相同点：传导电流和位移电流都能产生磁场； 正因如此,麦克斯韦预言电磁波的存 在，数年后（1880年）赫兹用实验 证实了电磁波的存在。
2、不同点：1）位移电流不能直接检测出来； 2）位移电流没有热效应，而传导电 流有热效应。