第4节 电和磁的完美统一.pdf

先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹 第 4 节 电和磁的完美统一 1.了解历史上超距作用与近距作用之争，知道场是物质存在的形式之一． 2.知道什 么是电磁波．了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，体会其在物理学发展中的意义． (重点 ＋难点) 3.认识科学假说在物理学发展中的重大作用．体会统一与对称思维方法在麦克斯 韦电磁场理论中的应用．体会实验验证在物理理论发展中的地位和作用． 一、“场”概念的建立过程 在牛顿以前，没有接触的物体间发生相互作用有：“近距作用”和“超距作用”之争．近距 作用认为相互作用是通过一种中间媒介“以太”来传递的．万有引力定律的成功建立，并未 发现“以太”．随着电磁学的发展，英国科学家法拉第根据实验事实，提出了电磁作用是“近 距作用”的学说，认为在电荷或磁体周围存在着“场”，场是一种物质，又不同于实物，它 可以相互渗透．现代生活中，人们已经接受了“场”这种物质，它就存在于我们生活的空间， 电视、手机、电脑等都在利用着这种物质． 二、麦克斯韦的预言 1．麦克斯韦电磁理论：变化的电场在周围产生磁场，变化的磁场在周围产生电场，均匀变 化的电场(磁场)在周围产生稳定的磁场( 电场)，非均匀变化的电场(磁场)在周围空间产生变化 的磁场( 电场) ．振荡的电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡的磁场( 电场) ． 2 ．电磁场：变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场……于是， 变化的电场和变化的磁场交替产生，构成一个完整的整体，这就是电磁场． 3 ．电磁波：电磁场由近及远地传播，形成电磁波．电场具有电场能，磁场具有磁场能，电 磁场具有电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随 之一起传播． 4 ．电、磁、光的统一：电磁波的传播速度等于光速，从而预言光也是电磁波． 三、赫兹的求证 在麦克斯韦建立电磁场理论后 20 多年，年青的德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁 波的存在．他还测定了电磁波的波长、频率，得到电磁波的传播速度，证实了这个速度等于 光速，还进一步证明，电磁波和其他的波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等， 充分证实了麦克斯韦的电磁场理论． 四、电磁场理论的意义 “场”的理论的出现，很快就否定了“以太”学说，场本身就是物质，传播的过程根本就不 需要其他的物质作媒介，这也是电磁波与机械波的最大不同．电磁波的证实，推动了无线电 的发展，电报、广播、电视、电脑的发明和应用，使人们在瞬息间就能知道世界各地发生的 任何事情．人类文明得到广泛传播，知识迅速普及． 知识点 麦克斯韦电磁场理论的理解 1．理论的实验基础 实验装置如图甲所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中串联的灯泡发光， 说明线圈中产生了感应电流． 其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》 穷则独善其身，达则兼善天下。——《孟子》 (1)如图乙所示，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流的存在． (2)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 ．理论的理解 (1)变化的电场周围空间产生磁场 可结合电流的磁效应理解，电流周围存在着磁场．把电流看作是定向运动的电荷，电荷周围 存在着电场，运动的电荷周围存在着变化(运动)的电场，因此说：变化的电场周围空间产生 磁场． (2)变化的磁场周围空间产生电场 可结合电磁感应现象理解，闭合电路处在变化的磁场中会产生感应电流，电流是电荷的定向 移动，是什么力量推动电荷定向移