电磁场和电磁波

教学目的

通过演示和讲解，让学生了解电磁场的理论．了解电磁波的产生，掌握电磁波的传播公式

教具

演示用可拆变压器的原线圈、铁心、拾电圈、小电珠、平行板电容器、感应圈、学生电源、小磁针盘、铁架台等．

教学过程

利用生动具体、简单明了的演示实验，帮助学生理解抽象、难懂的物理概念，这是我们教学的努力方向．讲好这节课，关键是做好两个演示实验．

一是“变化的磁场产生电场”，把铁心插入原线圈，原线圈两端接220伏交流电，再把拾电圈接上小电珠后，套在铁心上，即可见小电珠发出亮光，

二是“变化的电场产生磁场”，感应圈初级接学生电源，感应圈次级产生的高频电压加在平行板电容器的两块极板上．在电容器的两板间放入小磁针盘，使盘面与板面平行．接通电路，可见盘上许多小磁针发生偏转，显示出同心圆形．

教师先演示第一个实验，让学生观察并解释．在变化的磁场中放一个闭合电路，在这个闭合电路里要产生感应电流，这是我们学过的电磁感应现象（见图1甲）．英国科学家麦克斯韦用场的观点来研究电磁感应现象．他认为在变化的磁场周围产生了一个电场，这个电场驱使闭合电路里的自由电子做定向的移动，于是产生了感应电流．刚才做的实验就证实了这个电场的存在．拾电圈导线中的自由电子，在变化磁场产生的电场作用下定向移动，形成电流使电珠发光．麦克斯韦还把这种用场来描述电磁感应现象的观点推广到不存在闭合电路的情形．他认为，在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关（见图1乙）．这就是说，即使没有拾电圈，这个电场仍然是客观存在的．只要磁场发生变化，在它的周围就有电场产生，跟是否放有闭合电路无关．产生的电场和变化的磁场是同时存在的．

教师再演示第二个实验，让学生观察并解释．从变化的磁场能产生电场，我们很自然会联想到，变化的电场是否能产生磁场呢？第二个实验证实了这个想法．在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场周围也要产生磁场（见图2甲）．这个磁场，使放入两极板间圆盘上的小磁针排成同心圆状（见图2乙）．

麦克斯韦根据自己的理论进一步指出，如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场．

根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和变化的磁场总是交替产生，并且不局限于空间某个区域，而是要由发生的区域向周围空间传播开去．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波．

在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度的方向总是互相垂直的，并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直，因此电磁波是横波．图3是电磁波传播的示意图．

在真空中电磁波的传播速度跟光速相等．任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是

c=3.00×10⁸m／s．

波的传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=fλ．这个关系式对电磁波也是适用的．由于在真空中各种频率的电磁波的传播速度都是c，因此频率不同的电磁波的波长不同．例如某广播电台发射一种频率为820KHz的电磁波，它的波长

无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波．无线电波的波长从几毫米到几十千米．通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段．书上有一张表，同学们可自学．

小结

变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，这是麦克斯韦电磁场理论的两个要点．按照这个理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波．

机械振动可以产生机械波，电磁振荡可以产生电磁波．电磁波有一点跟机械波大不相同．机械波要靠媒质来传播．电磁波可以在真空中传播，它的传播并不需要靠别的物质来做媒质．由于变化的电场和变化的磁场具有不可分割的联系，电磁波本身就能够传播．

电磁场是物质的一种特殊形态．它具有能量．电磁波的发射过程，也就是能量的辐射过程．

布置作业

（略）