高中物理电磁波的发现及应用

赫兹

赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857～1894)德国物理学家。1857年2月22日生于汉堡。青少年时期，勤奋好学，在数学、物理实验等方面显示了出众的才华与能力。1876年进入德累斯顿理工学院学习工程，但在那里只学了一个短暂时期，就去铁路军团服役一年。1877年考人慕尼黑大学，学习数理科学。1878年又转人柏林大学成为亥姆霍兹的学生并做研究工作。他对于理论和实验都很重视，学习比较全面。 1879年因解决亥姆霍兹提出的导体中的运动电荷有无惯性质量这一问题获金质奖章而初露锋芒。1880年以《旋转导体的电磁感应》一文获博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年任基尔大学物理学讲师；1885～1889年任卡尔斯鲁厄高等工业大学物理学教授；1889年起接替克劳修斯任波恩大学物理学教授。1894年1月1日。因血液中毒在波恩逝世，年仅36岁。

赫兹在物理学上的主要贡献是发现电磁波。当时人们对电磁理论的认识还很不一致。1879年，亥姆霍兹为柏林科学院设计的重金悬赏中，提出了用实验证明以下课题：变化磁力必然使绝缘体介质极化（产生位移电流），而位移电流又必然产生磁效应，这两个假设在空气或真空中也同样成立。如果成功，电磁学就能“从无路的荒原

1 电磁波的发现

主动成长

夯基达标

1.下列关于电磁场的说法中，正确的是（）

A.只要空间某处有变化的电场或磁场，就会在其周围产生电磁场，从而形成电磁波

B.任何变化的电场周围一定有磁场

C.振荡电场和振荡磁场交替产生，相互依存，形成不可分离的统一体，即电磁场

D.电磁波的理论在先，实践证明在后

思路解析：麦克斯韦电磁场理论的含义是变化的电场可产生磁场，而变化的磁场能产生电场；产生的场的形式由原来的场的变化率决定，可由原来场随时间变化的图线的切线斜率判断、确定.

可见，均匀变化的电场的变化率恒定，产生不变的磁场，不能产生电磁波.

答案：BCD

2.关于电磁场和电磁波，正确的说法是（）

A.只有不均匀变化的磁场，才能在其周围空间产生电场

B.电磁波的频率等于激起电磁波的振荡电流的频率

C.电磁波能脱离电荷而独立存在

D.电磁波的传播速度一定是3×108 m/s

思路解析：麦克斯韦电磁理论，变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场，A项错.电磁波即电磁场在空间的传播，其频率等于激起电磁波的振荡电流的频率，B项对.电磁波的传播不需要介质，能脱离电荷而独立存在，C项对.电磁波只有在真空时其波速才为3×108 m/s,D项错.

答案：BC

3.关于电磁波传播速度表达式v=λf，下

3.1电磁波的发现

学习目标:

1．理解麦克斯韦的电磁场理论．

2．知道电磁波是如何形成的．

3．知道赫兹实验在物理学发展中的贡献．

4．掌握电磁波的传播速度．

重点: 掌握电磁波的传播速度理解麦克斯韦的电磁场理论

难点: 知道电磁波是如何形成的

自主预习:

[知识梳理]

一、麦克斯韦的电磁场理论

1．变化的磁场产生电场

(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．

(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场．

2．变化的电场产生磁场

变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场．3．麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一．二、电磁波及赫兹的火花实验

1．电磁场

(1)如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场，这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波．

(2)特点

①电磁波可以在真空中传播．

②电磁波的传播速度等于光速．

③光在本质上是一种电磁波．

④光是以波动形式传播的一种电磁振动．

2．赫兹的火花实验

(1)赫兹首先捕捉到

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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

图1

(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．

(3)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3.0×108 m/s

林大教育类资料 麦克斯韦(1831-1879)是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业

和无线电工业的基础。

麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡，他的父亲原是律师，但他的主要兴趣是在制作各种机械和研究科学问题，他这种对科学的强烈爱好，对麦克斯韦一生有深刻的影响。麦克斯韦10岁进入爱丁堡中学， 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》，反映了他在几何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎实的数学基础，为他尔后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。他阅读了W·汤姆生的科学著作，他十分赞同法拉第提出的新观点，并且精心研究法拉第的《电学的实验研究》一书。他以法拉第的力线概念为指导，透过这些似乎杂乱无章的实验记录，看出了它们之间实际上贯穿着一些简单的规律。于是，他发表了第一篇电磁学论文《论法拉第的

电磁波的能量

1． 以下关于红外线和紫外线描述正确的是（ ） A．车站安检口使用红外线对行李包进行检测

B．所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强 C．电视机的遥控利用的是紫外线 D．紫外线可使人民币上的荧光物质发光

2． 验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光；家用电器的遥控器发出的“光”能用来控制电视机、空调器等家用电器．对于它们发出的“光”，下列说法中正确的是（ ）

A．验钞机发出的“光”是红外线，遥控器发出的“光，是紫外线 B．遥控器发出的“光”是由原子的外层电子受到激发后产生的

C．当遥控器发出的“光”通过玻璃棱镜发生折射时，它的偏折比验砂机发出的“光”大

D．遥控器发出的“光“在玻璃中的传播速度小于验钞机发出的“光”在玻璃中的传捆速度

3． 关于电磁波谱下列说法正确的是（ ）

A．伦琴射线是高速电子流射到固体原子的内层电子受到激发而产生的 B．γ射线是原子内层电子受激发而产生的 C．在电磁波谱最容易发生衍射的是γ射线 D．在同种介质中，紫外线比紫光传播速度大

4． 在没有任何其他光照的情况下，舞台追光灯发出的绿光照在穿白上衣、红裙子的演员身上，观众看到她（ ） A．全身呈绿色

B．上衣呈绿色，裙子不

电磁场与电磁波在 实际中的应用

班级：电子0801 姓名：郑文韬 学号：20082653

一、《电磁场与电磁波》课程综述：

《电磁场与电磁波》课程要求电子类各专业主要课程的核心内容都是电磁现象在特定范围、条件下的体现，分析电磁现象的定性过程和定量方法是电类各专业学生掌握专业知识和技能的基础之一，因而电磁场与电磁波课程所涉及的内容，是合格的电子类专业本科学生所应具备的知识结构的必要组成部分。不仅如此，电磁场理论又是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。学好电磁场理论将增强学生的适应能力和创造能力。因此本课程的作用不仅是为进一步学习准备必要的基础，更为深远的是关系到所培养学生的基本素质，因此“电磁场与电磁波”课程在教学计划中应占有重要地位，它是电子类专业本科学生的一门技术基础课。通过学习本课程，应具备以下能力：

（1）在大学物理电磁学的基础上,进一步掌握宏观电磁场的基本规律，并结合各专业实际介绍其技术应用的基本知识；

（2）通过教学，培养学生用场的观点对电器工程中的电磁现象和电磁过程进行定性分析和判断的能力，了解进行定量分析的基本途径，为进一步学习和应用各种较复杂的电磁场计算方法打下基础；

（3）通过电磁场理

电磁场与电磁波

教 案

: 课程: 电磁场与电磁波

第7章 非导电介质中的电磁波课时:6学时

武汉理工大学信息工程学院

教师：刘岚

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内容

电磁场与电磁波

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电磁场与电磁波

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电磁场与电磁波

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《电磁场与电磁波》练习及答案

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电磁学试题库 试题10

一、选择题（30分）

1. 金属球壳的内外半径分别为1R 和2R ，其中心置一点电荷q ，如选无限远点电位为零，

试问球壳的电位为多少？

A ．01/4q R πε B. 02/4q R πε C. 102/4qR R πε D. 201/4qR R πε

答：[ ] 2. 设有12个电阻连接成如图所示的电路，每个电阻的阻值为R ，则A 、B 两点之间的等效

电阻AB R 等于：

A. /2R

B. R

C. 3/2R

D. 2R

答：[ ]

3. 四条相互平行的载流直导线，电流强度均为I ，如图所示放置，正方形的边长为2a ，则

正方形中心的磁感应强度大小为

A. 02I

B a

μπ=

B. 022I

B a

μπ=

C. 0I

B a

μπ=

D. 0B =

4. 如图所示，三条线分别表示不同的磁介质的B H -关系，下

列哪种判断是正确的？

A. 曲线1表示顺磁质，曲线2表示抗磁质，曲线3表示铁磁质。

3 / 3 B. 曲线1表示抗磁质，曲线2表示铁磁质

实验三 电磁波的极化一、实验目的 1、学习了解极化波的产生及其特点。 2、研究自制的电磁波感应器的极化特性，加深对电磁波极化特性的理解。 二、实验原理1、极化的定义: 指空间某固定位置处场矢量(电场、磁场)随时间变化的特性 2、极化类型: (1) 直线极化 合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。 若 E 的变化轨迹在 x 轴上 ( 0 ) ,称为 x 轴取 向的线极化波。 E E sin( t z )x xm

y

若 E 的变化轨迹在 y 轴上 ( 90 ) ,称为 y 轴取 向的线极化波。 E E sin( t z ) y ym

x直线极化的平面波

(2) 圆极化

电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。

y

E电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足右手螺旋关系 ——右旋圆极化波。 电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足左手螺旋关系 ——左旋圆极化波。

x

圆极化的平面波

(3) 椭圆极化 电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。

y

x椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。椭圆极化的平面波

三、实验内容移动感应器位置，观察在不同形式的接收天线情况下灯泡达到同 等亮度时与发射天线的距离，总结电磁波不同极化