变化的磁场和变化的电场
22人教版高中物理新教材选择性必修第2册--第2节 电磁场与电磁波
第2节电磁场与电磁波课标解读课标要求素养要求1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱:变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场。
2.了解电磁场在空间传播形成电磁波。
3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献。
1.物理观念:理解电磁场、电磁波及麦克斯韦电磁场理论，了解变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播的“能量观”及电磁场客观存在的“物质观”。
2.科学探究:探究电磁场与电磁波的存在。
3.科学思维:通过了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验，体会两位科学家研究物理问题的思想方法。
4.科学态度与责任:通过电磁波发现的过程，领会人类认识世界的认知规律，培养实事求是的科学态度。
自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一麦克斯韦电磁场理论变化①的磁场产生电场，是一个普遍规律，跟闭合电路②是否存在无关。
运动③的电荷在空间要产生磁场，从场的观点出发，麦克斯韦假设:变化的电场就像④运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
要点二电磁波的产生变化的电场和磁场总是相互联系⑤的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
如果在空间某区域有周期性变化⑥的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。
这样变化的电场和磁场由近及远地向周围传播⑦，形成了电磁波。
自主思考①磁场存在但不变化可以产生电场吗?产生电场的根源是什么？答案：提示不可以。
产生电场的根源不是只要有磁场就行，而是磁场“有”还必须“变”才可以产生电场。
②如果在变化的磁场周国不存在闭合电路，是否也产生电场?闭合电路的作用是什么?答案：提示只要磁场变化，即使不存在闭合电路，电场仍然产生，闭合电路只是起了一个检测这个电场存在的作用。
若放人的不是闭合电路而是可以自由移动的带电粒子或小球，它们也会在感应电场的作用下运动起来，说明变化的磁场确实产生了电场。
③电荷存在但不运动，可以产生磁场吗？电荷如何才能产生磁场？电荷产生磁场的根源是什么？答案：提示静止的电荷不产生磁场，只产生静电场。
变化的电场产生磁场
（2）、电磁波形成示意图：
激 发 变 化 电 场 激 发
非均匀变 化的磁场
若是均匀变化
若非均匀变化
稳定磁场
变化磁场
不再激发
稳定电场
激 发
若是均匀变化 若非均匀变化
激 发
2、电磁波的特点： （1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波 在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横 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=3×108m/s。
课堂练习
1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是 （ D ） A、在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产 生电场 B、在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变 化的磁场周围一定产生变化的电场 C、均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D、振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场
2.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正 确的是（CD） A、磁场在周围一定产生电场 B、电场在周围一定产生磁场 C、变化的磁场在周围产生电场 D、变化的电场在周围产生磁场
赫兹用实验证实电磁波的存在
令人振奋的电火花
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。
课堂小结
1、麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化 的磁场产生电场、变化的电场产生磁场。 2、变化的电场和磁场相互联系形成同一的 电磁场。电磁场在空间传播形成电磁波。 3、赫兹实验的过程及对无线电技术的贡献。
变化的电场和变化的磁场总是相互联系 的，它们形成一个不可分离的统一场，这就 是电磁场。
三、电磁波
1、电磁波的产生 （1）理论分析： 空间某处产生一个随时间变化的电场，这个 电场就会产生磁场。如果这个磁场也是随时间变 化的，那么这个磁场就会新的电场。……这样下 去，电磁场就会在空间区域不断向外传播形成了 电磁波。
物体的电流与电磁波的关系
物体的电流与电磁波的关系在物理学中，电流和电磁波是两个重要的概念。
电流是指电荷在物体内流动的现象，而电磁波则是由电荷的振动引起的一种能量传播形式。
物体的电流与电磁波之间存在密切的关系，本文将从不同角度探讨它们之间的联系。
一、安培定律与电磁波根据安培定律，电流会产生磁场。
当电流通过导线时，周围会形成一个环绕导线的磁场。
这个磁场的强弱与电流的大小有关。
此外，当导线中的电流改变时，磁场也会随之改变。
这种变化的磁场就会产生电场，并且电场和磁场之间相互耦合，形成了电磁波。
因此，可以得出结论：物体中的电流和电磁波之间存在密切的联系。
二、电磁辐射与电磁波当物体中的电流发生变化时，会产生电磁辐射。
电磁辐射是指电磁波向空间传播的过程。
根据麦克斯韦方程组，当电流变化时，就会产生变化的磁场，从而引发变化的电场。
这种变化的电场和磁场相互交织形成了电磁波，从而形成了电磁辐射。
所以可以得出结论：物体中的电流变化会导致电磁辐射的产生，即物体的电流与电磁波之间存在着因果关系。
三、电流与电磁波的能量转换电流和电磁波之间不仅在形态上存在联系，而且在能量上也有相互转换的关系。
当电流通过一根导线时，导线会受到电磁场的作用，电能转化为热能；而当电磁场中的电荷受到外力作用而振动时，振动的电荷会产生变化的电流，从而将一部分能量转化为电能。
这种能量转换是一个相互转化的过程，体现了电流和电磁波之间的关联性。
总结起来，物体的电流与电磁波之间存在着紧密的关系。
电流的存在会导致磁场的形成，并且在电流变化时会产生电磁波，形成电磁辐射。
此外，电流和电磁波之间还可以进行能量的相互转换。
通过对物体的电流和电磁波之间的关系的探究，我们可以更好地理解电磁现象和能量的传播过程。
通过本文对物体的电流与电磁波关系的介绍，我们可以更加深入地理解它们之间的紧密联系，并且能够更好地解释许多与电磁现象相关的现象。
变化的电场产生磁场
要点二
详细描述
变化的电场可以产生磁场是因为电场的存在会导致电荷的 运动，而电荷的运动轨迹形成电流，电流的周围会产生磁 场。同样地，变化的磁场可以产生电场是因为磁场的存在 会导致磁体内部电荷的运动，从而产生电流，电流的周围 又会产生电场。这种相互影响和转换形成了电磁波，电磁 波的传播不需要介质，是一种客观存在的物质形态。
变化的电场产生磁场
contents
目录
• 电场和磁场的基本概念 • 变化的电场产生磁场 • 电场和磁场的变化规律 • 变化的电场产生磁场在科技中的应用 • 总结
01
电场和磁场的基本概念
电场的定义
总结词
电场是由电荷产生的场，对放入其中的电荷产生力的作用。
详细描述
电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电 场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成， 但它是客观存在的，电场具有通常物质所具有的力和能量等 客观属性。
电磁感应
当电场或磁场发生变化时， 会在导体中产生感应电流。
电场和磁场的变化对能量转换的影响
电磁波传播
变化的电场和磁场可以形 成电磁波，如无线电波、 可见光等，实现能量的传 递和转换。
电磁能转换
利用电磁感应原理，可以 将机械能转换为电能，如 发电机；也可以将电能转 换为机械能，如电动机。
电磁辐射
电磁波的传播过程中会对 周围物质产生电磁辐射， 可能对生物体造成影响。
04
变化的电场产生磁场在科技中 的应用
电磁感应的应用
变压器
01
利用电磁感应原理，变压器可将一种电压的电能转换为另一种
电压的电能。
感应加热
02
通过电磁感应，可以在金属内产生涡流，从而达到加热或熔化
变化的磁场与变化的电场-精品文档
式中： B(t) (t)
S(t)
5
二. 楞次定律（P442，自己看）
§10.2 感应电动势
两种不同机制
• 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动 •
化—感生电动势
（切割磁场线）— 动生电动势 相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变
一. 动生电动势
L
l v
b ei
B 运动，切割 线， ab 向右以 v 选回路 L 的正方向：顺时
第10章 变化的磁场和变化的电场
电磁感应现象是电磁学中最伟大的发现之一
在很长的一段历史时期内，电、磁的研究彼此独立的 向前发展； 1820年，奥斯特（丹麦）首先发现了电流的磁效应，此 后，许多人从事它的逆效应的研究； 1822年，安培（法）发现磁铁附近载流导线会受到磁 力的作用，一个新的研究领域被发现了。
r
d r
a
d v B d r r B d r i a 1 2 e d e BR i i o 2 o负极，低电势 a正极，高电势
e
1 因为并联，所以圆盘电动势：ei BR2 圆心为负极 2 边缘为正极 10
解（二）：用法拉第定律 角到 o， oa 转过 a
电可以产生磁效应，磁是否可以产生电？
1
1831年，法拉第（英）发现了电流变化时产生的电磁感应规 律；同年，楞次（俄）独立的完成类似的实验。 电磁感应定律的发现，揭示了电和磁的内在联系及转化的 规律，它的发现在科学和技术上都具有划时代的意义，不仅 完善了电磁学理论，而且为以后大规模开发电能开辟了道路， 引起一系列重大技术革命，推动社会向前发展。
m 2
dqi dt
1 1 q d q d ( )与 t 无 关 i i m m 1 m 2 m 1 R R
人教版高中物理必修第三册同步教案13.4电磁波的发现及应用
第4节电磁波的发现及应用学习目标1.了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点,知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。
2.认识电磁波谱。
3.了解电磁波谱中各波段的波的特征及它们在科技、经济、社会发展中的作用。
4.知道电磁波是一种物质,具有能量。
自主预习一、电磁场1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本观点:;。
2.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。
二、电磁波1.变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播,形成。
2.1886年通过实验捕捉到了电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论。
三、电磁波谱1.波速、波长、频率三者之间的关系:。
2.电磁波在真空中的传播速度:。
3.电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来,就是电磁波谱。
4.电磁波谱按波长由长到短依次为、、、、、。
四、电磁波的能量和电磁波通信1.电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的存在。
2.微波炉可以加热食物,说明电磁波具有;用收音机能够听到播音员的声音,是因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流,有电流就有能量。
各种各样的仪器,能够探测到各种电磁波。
所有这些都表明电磁波具有能量,电磁波是一种物质。
3.人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。
这些信息都是通过电磁波来传递的。
电磁波携带的信息,既可以有线传播,也可以传播。
课堂探究[新课导入]电磁波为信息的传递插上了翅膀。
广播、电视、移动通信等通信方式,使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。
那么,电磁波是谁发现的?他又是怎样发现的呢?对麦克斯韦电磁场理论的理解[情境设问]通过上节课学习的法拉第电磁感应定律,我们知道在变化的磁场中放入一个闭合电路,电路里会产生感应电流。
对此现象麦克斯韦认为,一定是变化的磁场在线圈中产生电场,而正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使了自由电子做定向的移动,引起了感应电流。
既然变化的磁场能够产生电场,那么,变化的电场能产生磁场吗?请同学们阅读课本并寻找麦克斯韦的观点。
电场和磁场的关系公式
电场和磁场的关系公式电场和磁场是两种基本的物理场，它们都是由带电粒子的运动引起的。
虽然电场和磁场彼此独立存在，但它们之间却有一定的关系。
在自然界中，电场和磁场是紧密联系在一起的，它们可以相互转换。
在物理学中，这种相互转换的关系可以通过麦克斯韦方程组来描述。
麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程，它由苏格兰物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪提出。
麦克斯韦方程组包含了4个方程，分别描述了电场和磁场的产生和变化规律。
其中，麦克斯韦方程组的一个重要方程是安培定律，它建立了电流和磁场之间的关系。
安培定律可以用数学公式表示为：∇ × B = μ0 J其中，∇ × B表示磁场的旋度，μ0是真空中的磁导率，J是电流密度。
这个方程说明，电流会产生磁场，而磁场的旋度与电流密度有关。
另一个重要的方程是法拉第电磁感应定律，它描述了磁场变化对电场的影响。
法拉第电磁感应定律可以用数学公式表示为：∇ × E = - ∂B/∂t其中，∇ × E表示电场的旋度，∂B/∂t表示磁场的变化率。
这个方程说明，磁场的变化会产生电场，而电场的旋度与磁场变化率有关。
麦克斯韦方程组还包括能量守恒定律和高斯定律。
它们描述了电磁场的能量分布和场源的性质，与电场和磁场的关系有一定的联系。
在麦克斯韦方程组中，还存在一个重要的推论，即麦克斯韦方程组的联立解是电磁波方程，它描述了电磁波在真空中的传播规律。
电磁波的传播是电场和磁场相互作用的结果，它们以光速传播，具有波长、频率和能量等特性。
总之，电场和磁场之间的关系可以通过麦克斯韦方程组来描述。
这个方程组说明了电场和磁场之间的相互转换和相互作用，揭示了电磁波的产生和传播规律。
电磁场是自然界中最基本的物理场之一，它们的研究对于理解和应用电磁现象具有重要意义。
变化的磁场和变化的电场
Page 8
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大学物理学
第十一章 变化的磁场和变化的电场
• 电磁感应定律中的负号反映了感应电动势的方向与 磁通量变化状况的关系, 是楞次定律的数学表示.
Φ 0
Φ 0 符号法则：
1. 对回路L任取一绕行方向.
i
N S
N S
2.
i
当回路中的磁感线方向 与回路的绕行方向成右
a
b
May 6, 2019
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第十一章 变化的磁场和变化的电场
电磁感应实验的结论
不管什么原因使穿过闭合导体回路所包围面积内的
磁通量发生变化(增加或减少), 回路中都会出现电流, 这 一现象称为电磁感应现象, 电磁感应现象中产生的电流 称为感应电流.
2
i 0 为顺时针转向
May 6, 2019
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第十一章 变化的磁场和变化的电场
11－2 动生电动势和感生电动势
根据法拉第电磁感应定律: 只要穿过回路的磁通量 发生了变化, 在回路中就会有感应电动势产生.
B 变 感生电动势
Φm
B cosdS
May 6, 2019
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大学物理学
第十一章 变化的磁场和变化的电场
Michael Faraday
( 1791– 1867 )
法拉第 伟大的英国 物理学家和化学家, 于1831 年发现了电磁感应现象. 他 创造性的提出场的思想, 磁 场这一名称就是法拉第最 早引入的, 他是电磁理论的 创始法人拉之第一用. 过的螺绕环
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大学物理：变化的磁场和变化的电场
§10.1 电磁感应
一. 电磁感应现象
电流的磁效应
电生磁
磁的电效应
v
N
法拉第的实验：
磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流
I'
•• S 一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流
电磁感应实验的结论
I (t)
I'
当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁
通量发生变化时，回路中就出现感应电流
(2) 若闭合回路中电阻为R
Ii
R
dΦ Rdt
dqi dt
感应电荷 qi
t2 t1
Iidt
Φ2 Φ1
1 R
dΦ
Φ1
Φ2
/
R
思考:非导体回路磁通量变化,是否产 生感应电动势,是否产生感应电流？
大学物理：变化的磁场和变化的电场
三. 楞次定律
1 感应电流的作用
磁通量变化 感应电动势 感应电流 感应电流也产生磁场 磁通量
2 楞次定律
闭合回路中的感应电流的方向总是企图使感应电流产生
的磁通量去补偿（反抗）引起感应电流的磁通量的变化
3 楞次定律的作用
B
楞次定律主要是用来确 定感应电动势的方向
N
S
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例 匀强磁场中，导线可在导轨上滑动，当导线向右运动时
求 回路中感应电动势
解 在 t 时刻 Φ(t) Blx(t)
如 -3 -5 dΦm
dt
0
N
L S
Φ 0
dΦ 0 dt
如53 dΦm
dt
0
N
Ln
S
Φ0
dΦ 0 dt
如 -3 -5 dΦm
dt
0
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讨论
(1)
若回路是
N
匝密绕线圈
N
dΦ
d(NΦ)
dΨ
dt
dt
dt
磁链 m Nm
每匝线圈产生的磁通量不同时， 磁链如何计算？
AK q EK dl
对闭合电路 EK dl
AK q
EK dl
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三. 电磁感应定律
（1）法拉第的实验规律表达式 感应电动势的大小与通过导体
回路的磁通量的变化率成正比 负号表示电动势的方向
（2）电动势的大小
Φm
B dS
d m
dt
dΦm
电动势的性质
（1）电动势与外电路及电路开、关无关
（2）电动势的方向从负极通过电源内部指向正极
（3）电动势是有正负的标量
+-
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非静电场
可以认为：电源在其内部建立了一个非静电场
EK
FK q
类比静电场
Ee
Fe q
EK
非静电场和静电场一样对电荷作用，但它仅存在在电源内部
dΦ Bldx Blv
dt
dt
B
a
l v
x(t) b
回路磁通量增加－＞电动势逆时针方向
若磁场变化 B B(t) B0t
dΦ dt
(B0lx
B0tlv )
大学物理：变化的磁场和变化的电场
例 两个同心圆环，已知 r1<<r2,大线圈中通
有电流 I ,当小圆环绕直径以 转动时
I
求 小圆环中的感应电动势 解 大圆环在圆心处产生的磁场
dt
dΦm
dt
（3）确定电动势的方向的方法
I 规定绕行方向 L，电动势与该方向一致时为正，否则为负
II 确定 m 的正负
III 根据法拉第定律确定电动势的方向
Bn
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B
B
n
B
N
L S
Φ 0 dΦ 0 dt
如35 dΦm
dt
0
N
Ln
S
Φ0
dΦ 0 dt
一. 动生电动势
i
dΦ dt
i
dΦ dt
BdS dt
Bldx dt
Blv
I B
+
e
v
l
f
x
-
单位时间内导线切割的磁场线数
• 电子受洛伦兹力
f
e(v
B)
—— 非静电力 FK
• 非静电场
EK
FK e
v
B
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•
动生电动势
EK v B
i EK dl
Φ B dS Bcos dS
B、S、θ 变
Φ变
产生电磁感应
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二. 电动势
I
定义
将单位正电荷从电源负极推向电源
正极的过程中，非静电力所作的功
A B FK
AK
q
dAK
dq
电源
表征了电源非静电力作功本领的大小
• uAB uA uB • 反映电源将其它形式的能量转化为电 能本领的大小
dl v
B
(1) 注意矢量之v 间 B的 关0系
vB
dl
i 0
v B 0 (v B) dl 0
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(2) 对于运动导线回路，电动势存在于整个回路
i (v B) dl B (v dl )
r2
B 0I
2r2
r1
通过小线圈的磁通量
Φ
BS
0I π
2r2
r12cos
0I π
2r2
r12cost
感应电动势 dΦ 0Iπ r12 sint
dt
2r2
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例 在无限长直载流导线的磁场中，有一运动的导体线框， 导体线框与载流导线共面
求 线框中的感应电动势
解 通过面积元的磁通量
磁通量变化产生感应电动势可以分为三种情况
磁场不变，回路变化 磁场变化，回路不变 磁场变化，回路变化
磁通量变化 感应电动势
本节主要讨论前两种不同情况
• 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动
（切割磁场线）— 动生电动势
• 相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变 化 — 感生电动势
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(v B) dl
+
-
i
(v B) dl
动生电动势的方向 (v B) dl 方向
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应用
注意两个角度
i
(v B) dl
a
B
l
dl
v
a
b vBdl vBl
b
磁场中的运动导线成为电源，非静电力是洛伦兹力
讨论
(v B) dl
dΦ BdS 0I bdx
2π x
Φ dΦ la 0I bdx l 2π x
0 Ib
2π
ln
l
l
a
I
v
a
l
b x
dx
（方向顺时针方向）
dΦ dt
0 Ib
2π
dl / l
dt a
dl
/ l
dt
0 Iabv
2π l(l a)
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§10.2 感应电动势
大学物理：变化的磁场和变化的电场
第10章 变化的磁场和变化的电场
M.法拉第(1791~1869)伟大的物理学家、化学家、19世纪最伟大的 实验大师。右图为法拉第用过的螺绕环
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电磁感应知识结构
变化磁场产生电场 法拉第电磁感应定律
按产生原 按激发方
因分类
式分类
变化电场产生磁场 位移电流