电磁学讲——变化的电场产生磁场电磁场与电磁波
电磁场与电磁波
电磁场与电磁波电磁场和电磁波是物理学中重要的概念，它们对于我们理解和应用电磁现象具有重要意义。
本文将介绍电磁场和电磁波的基本概念，阐述它们之间的关系，以及它们在日常生活和科学研究中的应用。
一、电磁场的概念和特性电磁场是指由电荷或电流产生的空间中的物理场。
电磁场可分为静电场和磁场两种。
静电场是由静止电荷产生的场，其特点是强度随距离的增加而减小，并且与电荷的性质有关。
磁场是由电流或者变化的电场产生的场，其特点是有磁感应强度和磁场线的方向。
电磁场具有几个重要特性。
首先，电磁场是无穷远的，即电荷或电流所产生的电磁场可以传播到无穷远的地方。
其次，电磁场具有向外辐射的特点，就像水波一样，可以向周围传播。
第三，电磁场是叠加的，即不同的电荷或电流所产生的电磁场可以在同一点上叠加，形成合成场。
二、电磁波的概念和特性电磁波是由电磁场的振荡传播产生的波动现象。
电磁波包括了电场和磁场的变化，是以光速传播的横波。
根据波长的不同，电磁波可以分为不同的频段，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和γ射线。
其中，可见光是人眼能够感知的电磁波。
电磁波具有几个重要特性。
首先，电磁波能够传播在真空中，其速度与真空中的光速相等，约为3×10^8米/秒。
其次，不同频段的电磁波具有不同的波长和能量，频率越高，波长越短，能量越大。
第三，电磁波可以被反射、折射、散射和吸收等现象。
这些特性使得电磁波在通信、遥感、医学影像等领域有着广泛的应用。
三、电磁场和电磁波的关系电磁场和电磁波之间存在着密切的关系。
电磁波是电磁场的传播方式，电磁场是电磁波的基础。
在电磁波传播的过程中，电场和磁场相互作用，互相转换，形成电磁波的传播。
同时，电磁波的传播也会产生电场和磁场的变化。
这种相互作用使得电磁场和电磁波具有相似的特性，例如传播速度相同、可以被反射和折射等。
四、电磁场与电磁波的应用电磁场和电磁波在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
在通信领域，无线电波和微波被用于无线通信和卫星通信，可见光被用于光纤通信和激光通信。
电场与磁场的交替变化与电磁波的产生
电场与磁场的交替变化与电磁波的产生在物理学中，电场和磁场是两个基本的概念。
电场是由电荷产生的力场，可以使电荷受力；而磁场是由电流产生的力场，可以使磁体受力。
当电场和磁场交替变化时，就会产生电磁波。
电场和磁场的交替变化是由麦克斯韦方程组描述的。
麦克斯韦方程组是描述电磁场的一组偏微分方程。
其中，法拉第电磁感应定律描述了由磁场的变化引起的电场的产生；而安培环路定理描述了由电场的变化引起的磁场的产生。
这两个定律相互作用，形成了电场和磁场的交替变化，从而产生了电磁波。
电磁波是一种波动现象，它是通过电场和磁场的相互作用传播的。
电磁波可以分为多个频段，常见的有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
这些电磁波具有不同的波长和频率，可以用来进行通信、加热、照明、医疗等各种应用。
电磁波的产生是由于电场和磁场的交替变化引起的。
当电场和磁场交替变化时，它们相互支撑、相互作用，通过空间的传播形成了电磁波。
这种交替变化是周期性的，即电场和磁场在空间中周期性地变化，而电磁波传播的速度是恒定的，约为光速。
这也使得电磁波具有了波动性和粒子性的双重特性。
电磁波具有一些重要的特征，包括频率、波长、振幅和能量。
频率是表示电磁波振动次数的物理量，单位是赫兹(Hz)；波长是表示电磁波在空间中传播的距离，单位是米；振幅是表示电磁波振幅的大小，与电磁场中处于最大位移处的物理量有关；能量是电磁波传播的能量，与电场和磁场的能量有关。
电磁波在传播过程中具有许多应用。
无线电波可以用于无线通信和广播；微波可以用于炉子和雷达；红外线可以用于红外加热和遥感；可见光可以用于照明和成像；紫外线可以用于杀菌和光敏剂的激发；X射线可以用于医学影像和材料分析；γ射线可以用于放射治疗和核反应。
这些应用使得电磁波成为现代社会中不可或缺的一部分。
总结起来，电场和磁场的交替变化引起了电磁波的产生。
电磁波是一种通过电场和磁场的相互作用传播的波动现象。
电磁波具有多种频段和应用，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
电磁场与电磁波(高中物理教学课件)
典型例题
例1. 下列说法正确的是 ( A ) A．电磁波在真空中以光速c传播 B．在空气中传播的声波是横波 C．声波只能在空气中传播 D．光需要介质才能传播 例2.(多选)关于电磁波与声波，下列说法正确的是 ( AC ) A．电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是 声源的振动向远处传播 B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需 要介质 C．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小， 声波的传播速度变大 D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波 的波长变小
一.电磁场 3.电场和磁场的变化关系
非均变Βιβλιοθήκη 匀变 激发 化化的
电
磁场
场
均
稳
匀 激发 定
变
磁
化
场
非均
变
匀变 激发 化
化的
磁
电场
场
不
再
激 发
均
稳
匀 激发 定
变
电
化
场
非均 匀变 化的 磁场
一.电磁场
4.电磁场 变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不 可分割的统一的场，这个场叫电磁场。
二.电磁波
1.电磁波：麦克斯韦推断变化的 电场和变化的磁场交替产生，由 近及远地向周围传播形成电磁波。 2.电磁波的特点： ①电磁波传播不需要介质
典型例题
例7.如图所示是一水平放置的绝缘环形管，管内壁光滑， 内有一直径略小于管内径的带正电的小球，开始时小球 静止，有一变化的磁场竖直向下穿过管所包围的面积， 磁感应强度大小随时间成正比增大，设小球的带电荷量 不变，则（ B ） A．顺着磁场方向看，小球受顺时针方向的力，沿顺时 针方向运动 B．顺着磁场方向看，小球受逆时针 方向的力，沿逆时针方向运动 C．顺着磁场方向看，小球受顺时针 方向的力，沿逆时针方向运动 D．小球不受洛伦兹力，不运动
第三课时电磁场和电磁波讲课文档
典例剖析
【例2】 电磁波与声波比较( )
A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大 D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定,与频率无关
第29页，共43页。
[解析] 可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析选项A、B 均与事实相符,所以A、B项正确.根据λ= ,电磁波速v度变小, 频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所f 以选项 C正确.电磁波在介质中的速度,与介质有关,也与频率有关,在同 一种介质中,频率越大,波速越小,所以选项D错误,故选ABC.
传播方 式 地波
地波和 天波 天波
主要用途
超远程无 线电 通信和导 航 调幅无线 电广播､电 报､通信
第12页，共43页。
微 米波 波
分米 波 厘米 波 毫米 波
10 m~1 m 30 MHz~300 MHz
近似 直线 传播
1 m~0.1 m 300 MHz~3000 直线
MHz
传播
10 cm~1 3000
(2)雷达用的是微波波段,因为电磁波波长越短,传播的直线性越好,反
射性越强.活学活用
第20页，共43页。
3.雷达是利用电磁波来测定物体的位置和速度的设备,它可以向一定 方向发射不连续的电磁波,当遇到障碍物时要发生反射.雷达在发射
和接收电磁波时,在荧光屏上分别呈现出一个尖形波.某型号防 空雷达发射相邻两次电磁波之间的时间间隔为5×10-4 s.现在
第31页，共43页。
典例剖析 【例3】 雷达向远处发射无线电波,每次发射的时间是1μs,两次发
电磁场与电磁波
電磁場與電磁波电磁场与电磁波电磁场是指由电荷的运动而形成的一种物质周围的力场。
电磁场的概念由麦克斯韦方程组给出，它包括电场和磁场两部分。
电场是由电荷产生的力场，它描述了电荷对周围其他电荷产生的作用力。
磁场是由电流或者变化的电场产生的，它描述了电流对周围产生的作用力。
1. 电场在所有电荷周围都存在电场，电场的描述通过电场强度来实现。
电场强度是一个矢量量，大小表示电场的强弱，方向表示电场的作用方向。
在一个点处，电场强度的方向与正电荷相同，与负电荷相反。
电场强度的数学表达式为E = F / q，其中E表示电场强度，F表示电场力，q表示电荷的大小。
2. 磁场磁场是由电流或者变化的电场产生的，磁场的描述通过磁感应强度来实现。
磁感应强度是一个矢量量，大小表示磁场的强弱，方向垂直于电流的方向。
磁感应强度的数学表达式为B = μ0I / (2πr)，其中B表示磁感应强度，μ0表示真空中的磁导率，I表示电流的大小，r表示电流到观察点的距离。
3. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程组，它由麦克斯韦提出。
麦克斯韦方程组包括四个方程式，分别描述了电场和磁场的生成和传播规律。
其中最重要的两个方程是电场和磁场的高斯定律和法拉第定律。
电场和磁场的高斯定律描述了电场和磁场的生成规律，法拉第定律描述了电磁场的传播规律。
4. 电磁波当电磁场中发生变化时，就会产生电磁波。
电磁波是指电场和磁场同时变化并传播的波动现象。
电磁波的产生和传播遵循麦克斯韦方程组。
电磁波分为不同的频率和波长，其中频率和波长之间有一个固定的关系，即c = λf，其中c表示光速，λ表示波长，f表示频率。
根据频率的不同，电磁波可以分为不同的类型，包括射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
总结：电磁场是由电荷和电流产生的力场，包括电场和磁场两部分。
电场描述了电荷对周围电荷的作用力，磁场描述了电流对周围物体的作用力。
麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程组，用于描述电磁场的生成和传播规律。
2024-2025学年高二物理必修第三册(鲁科版)教学课件5.3初识电磁波及其应用
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
②电视信号的接收 接收机收到高频电磁波以后,利用电视机的调谐器选出我们所需要的某
一频率的电磁波,再从高频电信号中取出音频、视频电信号,音频电信号经 放大后送到扬声器,转换成声音;视频电信号送到显像设备,转换成图像
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
一、电磁场
麦克斯韦在电磁学方面的主要贡献：发现变化的电场和变化的磁场相 互联系形成统一的电磁场 1.变化的磁场产生电场: (1)在变化的磁场中如果有闭合的回路,由于磁通量的变化产生了 _感__应__电__流_,表明变化的磁场产生了__电__场_。 (2)变化的磁场中如果没有闭合回路,也同样会在空间产生__电__场
2.雷达 （1）雷达系统一般由天线、发射机、接收机等组成 （2）工作原理:利用电磁波遇到障碍物会发生反射的特性来确定目标物 体的位置
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
三、电磁污染及防护 1.电磁污染
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
2.电磁辐射的防护
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
谢 谢！
高中物理 必修第三册 第5章 初识电磁场与电磁波 第3节 初识电磁波及其应用
2.电磁波可以在_真__空__中传播,电磁波的传播_不__需要介质。 3.光也是电磁波: (1)电磁波的传播速度恰好与真空中的光速_相__同__。 (2)麦克斯韦指出,光是以波动形式传播的一种___电__磁__波_。
电磁场与电磁波了解电磁场与电磁波的关系
电磁场与电磁波了解电磁场与电磁波的关系电磁场和电磁波是物理学中重要的概念，它们在我们的日常生活中起着至关重要的作用。
在本文中，我们将深入探讨电磁场与电磁波之间的关系。
电磁场是指在空间中存在的电场和磁场的总和。
电场是由带电粒子产生的，它的强弱和方向由电荷的性质和位置决定。
磁场则是由运动带电粒子产生的，它的强弱和方向由电流和电流所形成的磁矢量决定。
电场和磁场通过麦克斯韦方程组相互作用，形成了电磁场。
电磁波是由电磁场传播而成的一种波动现象。
电磁波的传播速度是光速，它可以在真空中传播，也可以在各种介质中传播。
电磁波是由电场和磁场交替变化而形成的，它们垂直于彼此并且垂直于传播方向。
电磁波具有一定的频率和波长，频率越高，波长就越短。
电磁场和电磁波之间的关系可以通过麦克斯韦方程组来描述。
麦克斯韦方程组包括麦氏方程、安培环路定理和法拉第电磁感应定律。
这些方程描述了电磁场中电场和磁场的变化规律，它们揭示了电磁场与电磁波之间的密切关系。
在电磁波传播过程中，电磁场的能量以波动的形式传递。
当电磁波遇到物体时，一部分能量会被物体吸收，一部分能量会被物体散射或反射。
这就是我们日常生活中所见到的光的现象。
例如，太阳发出的光通过大气层传播到地球，然后被地面吸收或者反射，形成我们所见到的光线。
电磁波在通信领域有着广泛的应用。
无线电通信、电视和手机信号的传输都是通过电磁波实现的。
在医学领域，X射线和核磁共振等技术利用了电磁场和电磁波的特性，为医生提供了重要的诊断手段。
另外，雷达和卫星通信等领域的发展也离不开电磁场和电磁波的研究。
总之，电磁场和电磁波是相互关联的物理现象。
电磁场的变化产生了电磁波，而电磁波传播又需要电磁场的支持。
电磁场和电磁波的研究在科学研究和技术应用中具有重要意义，对于我们深入了解自然界和推动科技进步都起着不可忽视的作用。
通过对电磁场和电磁波的研究，我们能够更好地理解和利用电磁现象，促进社会的发展和进步。
希望本文能帮助读者更好地了解电磁场与电磁波之间的关系，并对其在生活和科技中的应用产生兴趣。
电磁场和电磁波
充 电
放电
ｉ
q=0 i=Im
ｑ
++ ++
q=Qm i=0
两类量:
第一类：电容器的电荷q、电压u、电场E、 电场能E电、线圈的自感电动势e自 第二类：线圈的电流i、磁场B、磁场能E磁 两类量的变化规律相反. 即第一类增大时 第二类减小; 第一类达最大时第二类为零.
(3)变化规律的图象描述：
q
o t i o
讨论:
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。
1.变化的磁场产生的电场叫感应电场（涡流电场），电场线是 闭合的。
2.静止电荷周围产生的电场叫静电场，电场线由正电荷起到负 电荷终止，不是闭合的。
总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显
一、电磁振荡的产生
+ + + + L
－－ － －
C
E
S
一
电磁波的产生与传播
由麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生变化的磁场， 而变化的磁场又产生变化的电场，这样，变化电场和变化磁场 之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远 地在空间传播出去。这样就产生了电磁波。
1、电磁波的波源 我们知道，线圈L和电容C组成的电路可以产生电磁振荡， 电磁振荡能够发射电磁波。但由LC组成普通振荡电路，有以下 特点： (1) 电磁场能量几乎分别集中于电容器和自感线圈内，不利于电 磁波的辐射，所以必需设计能让能量辐射的电路。
(2) 电磁波在单位时间内辐射功率与频率的四次方成正比，而
L C电路频率为
1 2π LC
很低，因而要对电路进行改造。
实验表明，LC回路里产生的振荡电流是按正 弦规律变化的。
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cos (t
x) u
1）电 磁波是横波 E
u
E0 ,H
cos(t
u ;
kx)
E
k 2π
u
2） E 和 H 同相位 ;
H
3） E 和 H 数值成比例 H E ；
4）电磁波传播速度 u 1 , 真空中波速
等于光速 u c 1 00 2.998108 m/s.
例1 有一圆形平行平板电容器, R 3.0cm.现对
其充电,使电路上的传导电流 Ic dQ dt 2.5A,
若略去边缘效应, 求（1）两极板间的位移电流;（2）两
极板间离开轴线的距离为 r 2.0cm 的点 P 处的磁
感强度 .
解 如图作一半径
Q Q
为 r平行于极板的圆形
回路，通过此圆面积的 电位移通量为
B
0r
2π R2
dQ dt
代入数据计算得 Id 1.1A B 1.11105T
二、电磁场 麦克斯韦电磁场方程组
静电场高斯定理
D
ds
dV
q
S
V
静电场环流定理
l E dl 0
磁场高斯定理
SB
ds
0
安培环路定理
H dl
电能
We
Q2 2C
,
磁能 W m
1 2
LI 2 ,
LC回路总能量 1 Q2 1 LI 2 常量 2C 2
Q dQ LI dI 0 I dQ
C dt dt
dt
d 2Q 1
dt 2
Q0 LC
2 1
LC
d 2Q dt 2
2Q
0
d 2Q dt 2
2Q
0
Q (t )
I (t)
其解为 Q Q0 cost O
得
I
Q0 sint
I 0 cos(t
2
)
电荷在回路中来回往复周期性地运动：
1
t
2 LC
变化的电场和磁场局限于电容器和自感线圈中， 不能形成向外辐射的电磁波。
2、电磁波的产生与传播
a) 振荡回路具有开放性； b) 振荡电路具有高频率 (电磁波的能量与频率的四
全电流 Is Ic Id
-
Id
+ +
全电流 Is Ic Id
-
+
+ Ic
H
L
dl
Is
D
Ic
d D dt
H dl L
(
s
jc
) ds t
1）全电流是连续的；
2）位移电流和传导电流一样激发磁场；
3）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热.
Ic
R P*r
Ic
D D(πr 2 )
D
D
r2 R2
Q
Id
d D dtFra bibliotekr2 R2dQ dt
Q Q
Ic
R P*r
Ic
Id
dΨ dt
r2 R2
dQ dt
H
l
dl
Ic
Id
Id
H (2π
r)
r2 R2
dQ dt
计算得
H
r 2π R2
dQ dt
I
j
d s
l
S
麦克斯韦假设
麦方 克程 斯的 韦积 电分 磁形 场式
1）有旋电场 2）位移电流
Ek
jd
dD dt
SD
l E
ds
dl
V
dV
B
S t
ds
q
B ds 0
S
D
H dl
l
S ( jc
电磁学第8讲
——变化的电场产生磁场、电 磁场与电磁波
主要内容
位移电流 麦克斯韦方程组 电磁波
一、位移电流 全电流安培环路定理
稳恒磁场中,安培环路定理 H dl I l
j
ds
s
S2
（以 L 为边做任意曲面 S ）
S1
-+ -+
-+
L -+ I
LH
dl
4、电磁波的能量
辐射能 ： 以电磁波的形式传播出去的能量.
电磁波的能流密度 S wu
电磁场能量密度
w we
wm
1 (E2 H 2 )
2
S u (E 2 H 2 ) EH
2
又 u 1 , H E
S1
j
ds
I
H dl j ds 0
L
S2
-
dD dt
+ +
I
-
jc -
-
D
+
+ jc
+
B
AI
Ic
dq dt
d(S )
dt
S
d
dt
jc
d
dt
D
dD d
dt dt
D SD
Ic
S
dD dt
dD dt
麦克斯韦假设 电场中某一点位移电流密度等于该点
次方成正比)。
偶极振子：电偶极子， 电量随时间周期性的 变化。
满足开放性和高 频率的要求，可以作 为发射电磁波的波源。
不同时刻振荡电偶 振荡电偶极子附近的电磁场线 极子附近的电场线
p p0 cost
c
c
B
+
+
+
++
-
B
E
E
c
c
极轴 传播方向 E
H
p0 r
E(r, t) p0 2 sin cos (t r )
4π r
u
H (r,t) p0 2 sin cos(t r ) u 1
4π r
u
平面电磁波
E
o
H
u
x
E H
u
E
E0
cos
(t
x) u
H
H0
cos (t
x) u
3、电磁波的特性
H
H0
cos (t
x) u
H0
cos(t
kx)
E
E0
) ds t
麦方 克程 斯的 韦微 电分 磁形 场式
D ,
E
B
,
t
B 0,
H
j
D
t
各向同性的均匀介质：
D
E
0
r
E,
B H 0 r H ,
j E
变化的电场和变化的磁场 相互联系、相互产生，形 成统一的电磁场。
交变电场 产生 交变磁场
三、电磁场的物质性
t2 时刻 P点的电磁场决定于
t1(t1 t2) 时刻源 S 的电磁场，
t1
S
c
t2
P
即使 t1 之后源不再存在，也不影响其它地方电磁场
的存在和传播。 场是能量的载体，能量定域于场， 场是物质的一种形式。
四、电磁波
1、电磁波的产生与传播
a) 电磁振荡：
电位移矢量对时间的变化率.
位移电流密度
jd
D t
位移电流密度
位移电流 Id
S
jd
jd
ds
D t
S
D t
ds
d D dt
-
Id
+ +
-+
I - +
- +c
通过电场中某一截面的 位移电流等于通过该截面电 位移通量对时间的变化率.