麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論

3.1麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論1.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論及其基本思想。2.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。3.知道電磁波的特點(diǎn)。重點(diǎn)：加深對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱的理解。難點(diǎn)：理解麥克斯韋提出的電磁場(chǎng)理論。一、法拉第的貢獻(xiàn)1.法拉第創(chuàng)造性地用“_____”和“___”的概念來(lái)描述電荷之間、磁體之間以及_______之間的相互作用。2.物質(zhì)存在的兩種形態(tài)：一種是分子、原子等_____，另一種是___?！鞠胍幌搿侩妶?chǎng)和磁場(chǎng)是真實(shí)存在的嗎？提示：雖然電場(chǎng)和磁場(chǎng)看不見(jiàn)摸不著，但它們確實(shí)是真實(shí)存在的。力線場(chǎng)電與磁實(shí)物場(chǎng)二、電磁場(chǎng)理論的兩大支柱1.變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)(1)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)如圖所示，在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里就會(huì)產(chǎn)生_________。感應(yīng)電流麥克斯韋對(duì)電磁感應(yīng)的理解：不管空間有沒(méi)有閉合線圈，只要有___________，就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。(2)推論：①磁場(chǎng)的變化是_______，產(chǎn)生的電場(chǎng)是穩(wěn)定的。②磁場(chǎng)的變化是_________，產(chǎn)生的電場(chǎng)是變化的。變化的磁場(chǎng)均勻的不均勻的2.變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(1)麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也會(huì)在空間產(chǎn)生_____。(2)推論：①電場(chǎng)的變化是_______，產(chǎn)生的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的。②電場(chǎng)的變化是_________，產(chǎn)生的磁場(chǎng)是變化的。磁場(chǎng)均勻的不均勻的3.電磁波的特點(diǎn)(1)不均勻變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)相互耦連，形成_________的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。(2)電磁波是橫波，電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向相互垂直并且都_______傳播的方向。(3)電磁波在真空中的傳播速度_________。不可分離垂直于等于光速【判一判】(1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。()(2)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)。()(3)不均勻變化的電場(chǎng)與不均勻變化的磁場(chǎng)可以相互獨(dú)立。()提示：(1)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱之一是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，(1)對(duì)。(2)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，(2)錯(cuò)。(3)不均勻變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互耦連，不可分離，(3)錯(cuò)。

對(duì)麥克斯韋兩個(gè)假說(shuō)的理解【探究導(dǎo)引】觀察以上圖片：蛋可以孵出小雞，而雞又可以生蛋，蛋和雞交換輪流出現(xiàn)而讓蛋和雞一直繁衍傳承下去，結(jié)合圖片和現(xiàn)實(shí)情況思考以下問(wèn)題：(1)電可以產(chǎn)生磁，磁也可以產(chǎn)生電，電和磁也能像蛋和雞那樣傳承下去嗎？(2)如果電和磁也能像蛋和雞那樣傳承下去，需要滿足什么樣的條件呢？【要點(diǎn)整合】1.變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)如圖所示,在變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng),是一種普遍存在的現(xiàn)象,跟閉合電路(導(dǎo)體環(huán))是否存在無(wú)關(guān)。導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來(lái)顯示電場(chǎng)的存在。2.變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)在電容器充放電的時(shí)候,不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng),而且在電容器兩極板間變化著的電場(chǎng)周圍也要產(chǎn)生磁場(chǎng)(如圖所示)。【特別提醒】(1)在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的，而靜電場(chǎng)中電場(chǎng)線是不閉合的。(2)均勻變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電磁波?！镜淅?】(2012·廈門高二檢測(cè))有關(guān)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是()A.磁場(chǎng)一定產(chǎn)生電場(chǎng)B.電場(chǎng)一定產(chǎn)生磁場(chǎng)C.穩(wěn)定的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生電場(chǎng)D.變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生電場(chǎng)【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)(1)恒定電場(chǎng)(磁場(chǎng))不產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))(2)變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))【規(guī)范解答】選D。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)是相互產(chǎn)生不可分隔的，但是恒定電場(chǎng)(磁場(chǎng))不產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))，A、B、C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)對(duì)?！究偨Y(jié)提升】判斷是否產(chǎn)生電場(chǎng)或磁場(chǎng)的技巧場(chǎng)是實(shí)際存在的一種形態(tài)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，均勻變化的場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的另一種場(chǎng)；穩(wěn)定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，穩(wěn)定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)?！咀兪接?xùn)練】磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的四種情況如圖所示，其中能產(chǎn)生電場(chǎng)的有()圖所示的磁場(chǎng)。【解析】選B、D。A、C圖中的磁場(chǎng)是恒定的，不能產(chǎn)生電場(chǎng)；B、D圖中的磁場(chǎng)是周期性變化的，可以產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解【探究導(dǎo)引】上圖為一款麻花項(xiàng)鏈，項(xiàng)鏈的組成部分之間環(huán)環(huán)相扣，非常美觀大方，具有很好的裝飾作用，結(jié)合上圖請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)電場(chǎng)和磁場(chǎng)也能像項(xiàng)鏈一樣環(huán)環(huán)相扣嗎？(2)滿足什么樣的條件電場(chǎng)和磁場(chǎng)才能像項(xiàng)鏈一樣環(huán)環(huán)相扣呢？【要點(diǎn)整合】1.電磁場(chǎng)的產(chǎn)生：如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng)，這個(gè)變化的電場(chǎng)就會(huì)在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，產(chǎn)生的這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)在它的周圍較遠(yuǎn)空間繼續(xù)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互激發(fā)，由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播，這就是電磁場(chǎng)。2.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的要點(diǎn)(1)恒定的磁場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，恒定的電場(chǎng)也不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；(2)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)；(3)振蕩變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場(chǎng)，振蕩變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)，這樣電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互耦連激發(fā)，由近及遠(yuǎn)向外傳播形成電磁場(chǎng)?！咎貏e提醒】(1)電磁場(chǎng)是動(dòng)態(tài)的，并且電場(chǎng)和磁場(chǎng)不可分割；(2)磁感線、電場(chǎng)線都是閉合的曲線；(3)靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)都是單獨(dú)存在的，且電場(chǎng)線是非閉合曲線，靜止的電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是電磁場(chǎng)?！镜淅?】關(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法中正確的是()A.在電場(chǎng)的周圍空間一定產(chǎn)生磁場(chǎng)B.任何變化的電場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)D.振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論：關(guān)鍵點(diǎn)(1)恒定電場(chǎng)(磁場(chǎng))→不產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))(2)均勻變化電場(chǎng)(磁場(chǎng))→恒定磁場(chǎng)(電場(chǎng))(3)非均勻變化電場(chǎng)(磁場(chǎng))→變化磁場(chǎng)(電場(chǎng))(4)周期性變化電場(chǎng)(磁場(chǎng))→同頻率磁場(chǎng)(電場(chǎng))【規(guī)范解答】選D。由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論知：不變的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)性質(zhì)是由電場(chǎng)的變化情況決定的，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，不均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，振蕩的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng)，反之亦然，故D正確?！咀兪接?xùn)練】下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法正確的是()A.均勻變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)B.電磁波在真空中的傳播速度和光的傳播速度相同C.只要有電場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波D.電磁波是縱波【解析】選A、B。不管磁場(chǎng)怎樣變化，只要是變化的磁場(chǎng)就可以在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，所以均勻變化的磁場(chǎng)也能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，故A正確；電磁波在真空中的傳播速度和光的傳播速度相同，故B正確；恒定的電場(chǎng)(磁場(chǎng))周圍不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))，只有變化的電場(chǎng)(磁場(chǎng))才能產(chǎn)生電磁波，故C錯(cuò)誤；電磁波是橫波，故D錯(cuò)誤?！咀兪絺溥x】根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)。當(dāng)產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線如圖所示時(shí)，可能是()A.方向向上的磁場(chǎng)在增強(qiáng)B.方向向上的磁場(chǎng)在減弱C.方向向下的磁場(chǎng)在減弱D.方向向上的磁場(chǎng)先減弱，然后反向增強(qiáng)【解析】選A、C。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律中，當(dāng)一個(gè)閉合回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，回路中并沒(méi)有電源，電流的產(chǎn)生是由于磁場(chǎng)的變化造成的。麥克斯韋把以上的觀點(diǎn)推廣到不存在閉合電路的情況，即變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)。判斷電場(chǎng)與磁場(chǎng)變化的關(guān)系仍可利用楞次定律，只不過(guò)是用電場(chǎng)線方向代替了電流方向。方向向上的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁場(chǎng)的增強(qiáng)而方向向下，根據(jù)安培定則可判斷感應(yīng)電流方向如題圖中E的方向所示，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤。同理，當(dāng)磁場(chǎng)反向即向下的磁場(chǎng)減弱時(shí)，也會(huì)得到如題圖中的E，選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。故選A、C。【溫馨提示】麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱，就是變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以考試中會(huì)把這兩個(gè)方面的考查作為重點(diǎn)?？疾閮?nèi)容

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用【典例】應(yīng)用麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，判斷如圖所示的表示電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(或磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng))的關(guān)系圖像中(每個(gè)選項(xiàng)的上圖表示的是變化的場(chǎng)，下圖表示的是變化的場(chǎng)產(chǎn)生的另外的場(chǎng))正確的是()【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)(1)明確電磁場(chǎng)理論的特點(diǎn)。(2)在圖像中橫軸和縱軸分別表示的意義。【規(guī)范解答】選B、C、D。穩(wěn)定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)，A錯(cuò)。均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，B正確。振蕩變化的電(磁)場(chǎng)產(chǎn)生同頻率振蕩變化的磁(電)場(chǎng)。C、D正確。判斷產(chǎn)生電磁波的方法根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論判斷是否產(chǎn)生電磁波時(shí)，要特別注意以下三點(diǎn)：(1)磁場(chǎng)或電場(chǎng)必須是變化的，穩(wěn)定的磁場(chǎng)或電場(chǎng)是不會(huì)相互激發(fā)產(chǎn)生電磁波的。(2)變化的情況一定不是均勻變化，因?yàn)榫鶆蜃兓a(chǎn)生的下一級(jí)場(chǎng)是穩(wěn)定的，就不再產(chǎn)生下一級(jí)的場(chǎng)了。(3)不均勻變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)是相互耦連不可分隔的?！景咐故尽筷P(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是()A.在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)B.在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D.周期性振蕩變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性振蕩變化的磁場(chǎng)【規(guī)范解答】選D。穩(wěn)