职高物理（人教版-电子电工类）教案：电磁场与电磁波.doc

职高物理（人教版-电子电工类）教案：电磁场与电磁波 （一）要求 ? l、掌握位移电流的概念??2、了解麦克斯韦对电磁场方程的推广和修改；掌握麦克斯韦方程组的表达式和物理意义??3、了解平面电磁波的性质；理解电磁波的能量密度矢量概念??4、了解电磁波的产生，传播过程；掌握电磁波谱的含义及不同波长的电磁波的特点和应用??5、演示实验：电磁波的发射与接收 （二）要点 ??1、位移电流??2、麦克斯韦方程组??3、平面电磁波的性质??4、电磁波的产生、传播、电磁波谱 （三）难点 ??1、位移电流的概念??2、麦克斯韦方程组的物理意义??3、电磁波产生、传播的性质 注：大纲中打“ * ”号的为选学内容 电磁场理论 位移电流电磁学的理论和实验到19世纪60年代已有了相当大的突破，库仑、奥斯特、毕奥、萨伐尔、安培、法拉第等许多物理学家在这一领域取得了卓越的成就。深受法拉第影响的英国青年数学家、物理学家麦克斯韦在系统总结了前人的成就的基础上，将电磁场理论加以推广、修改和提高。在遇到新的问题和困难时，他提出了著名的涡旋电场和位移电流两个假说，得出了以他的名字来命名的描述电磁场规律的麦克斯韦方程组，它在电磁学中的地位和作用与力学中的牛顿运动定律相当。从这方程组出发进行推算，他预言了电磁波的存在，并根据计算出电磁波在真空中的传播速度与真空中的光速一样，进一步预言光波也是电磁波。二十多年后，所有这些预言都被赫兹用实验一一证实。从而，电磁学理论的发展到了非常完善的地步。 一、简要回顾 1、静电场 2、稳恒磁场 3、变化的磁场????变化的磁场在空间要激发感生电场 ，感生电场是它是无源场（涡旋场），电力线是闭合曲线。在数学上表示为 感生电场是非保守力场，感生电场力的功与路径有关。在数学上表示为 ????以上是我们所学过的电磁学的基本方程。然而，仅用这些方程还不能完整地表述电磁学的基本性质，因为它们并没有说明变化的电场会产生什么影响，麦克斯韦为完善电磁学的基本方程作出了贡献。 二、位移电流1、问题的提出????对于稳恒电流，安培环路定理可写为 ????即磁场强度矢量沿任意闭合路径的线积分等于该闭合回路所包围的传导电流的总和。由于传导电流的连续性，在以曲线为边线的任意两个曲面 穿过的电流I相等。若把安培环路定理应用于含有电容器的非稳恒电路中，有 对面  在穿过以曲线为边线的任意两个曲面的电流不相等。说明在非稳恒情况下，安培环路定理原来的形式已不再适用，必须加以修改。麦克斯韦根据电场与磁场的相似性，推广了安培环路定理，提出了位移电流假说，解决了上述矛盾。2、位移电流假说 ????在非稳恒条件下，根据电荷守恒定律，单位时间内由 面流出的电量应等于 面内的电量减少，即 ????由介质中的高斯定理 得 即 式中为传导电流密度，麦克斯韦将 定义为位移电流密度，用 表示，即 可见，位移电流就是变化的电场。而 上式左边表示流入闭合面的传导电流，右边表示流出闭合面的位移电流。且 这样，当传导电流在电容器的极板上中断时，就有位移电流（变化电场）接替下去，使电流保持连续；位移电流和传导电流一样都能激发磁场。这就是麦克斯韦的位移电流假说。????传导电流和位移电流的和叫全电流，则 ? 由于 所以全电流是连续的，在非稳恒情况下安培环路定理可以推广为 或 ????可见，引入位移电流后，安培环路定理在非稳恒情况也适用了。它反映的物理意义是： 变化的电场能够在其周围空间产生涡旋磁场（感生磁场）。它是麦克斯韦位移电流假说的中心思想。????在电介质中，对变化的电磁场仍有 所以位移电流的大小为若面积 恒定，则 麦克斯韦方程组 平面电磁波一、麦克斯韦方程组????电场产生的原因有两种：一是由电荷产生的静电场，二是由变化磁场产生的涡旋电场。磁场产生的原因也有两种：一是由稳恒电流产生的稳恒磁场，二是由变化电场产生的涡旋磁场。这样，就得到一组电磁场的基本方程 ????在有介质存在时，还要考虑介质和导体对电磁场的和的影响。所以在实际应用中，上述的麦克斯韦方程组还不够完善，还需要补充三个描述介质性质的方程式。对于各向同性的，这三个方程是 ????这样，就得到了描述电磁场性质的完备方程组，其中有的是实验的总结，也有的先是假设但被后来的实践证明是正确的。利用它们原则上可以解决宏观电磁场的各种问题，它的地位与牛顿定律在经典力学中的地位相当。 二、平面电磁波1、平面电磁波的形成 ????麦克斯韦用简洁优美的数学语言表达出了电磁场的性质，他的主要贡献是提出两条基本假设。若空间某一点的发生变化，它将在周围空间激发涡旋磁场。这个涡旋磁场也是随时间变化的，它又在较远一点的邻近空间激发涡旋电场。这样，变化的磁场和变化的电场互相转