滬科物理選修3-4《麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論》

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,3．1麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,,,,,,,,,,,核心要點(diǎn)突破,課堂互動(dòng)講練,知能優(yōu)化訓(xùn)練,3.1,,課前自主學(xué)案,,,課標(biāo)定位,課標(biāo)定位,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解法拉第提出的“力線”和“場(chǎng)”的概念．2．知道麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱是什么．重點(diǎn)難點(diǎn)：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論．,課前自主學(xué)案,一、法拉第的貢獻(xiàn)法拉第創(chuàng)造性地用_________和_________的概念來描述電荷之間、磁體之間以及電與磁之間的相互作用．“場(chǎng)”的概念是牛頓時(shí)代以來在物理學(xué)概念方面最重要的變革，也使人們對(duì)物質(zhì)概念的認(rèn)識(shí)提升到一個(gè)新的高度，即物質(zhì)的存在有兩種形態(tài)：一種是分子、原子等_________，另一種是___________．,“力線”,“場(chǎng)”,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)在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，電路里會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，其實(shí)質(zhì)是變化的磁場(chǎng)在它周圍空間產(chǎn)生了電場(chǎng)，電路中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下做定向移動(dòng)，形成了感應(yīng)電流，即使在變化的磁場(chǎng)周圍沒有閉合電路，同樣產(chǎn)生電場(chǎng)，如圖3－1－1所示．,圖3－1－1,2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，他大膽假設(shè)：變化的電場(chǎng)會(huì)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖3－1－2所示．,圖3－1－2,3．電磁場(chǎng)理論——偉大的豐碑電磁場(chǎng)理論的大意是：均勻變化的磁(電)場(chǎng)產(chǎn)生_______的電(磁)場(chǎng)，不均勻變化的磁(電)場(chǎng)產(chǎn)生________的電(磁)場(chǎng)．麥克斯韋認(rèn)為，不均勻變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)相互耦連，形成不可分離的統(tǒng)一的_________．變化的電場(chǎng)會(huì)在周圍的空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的,穩(wěn)定,變化,電磁場(chǎng),磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)．電場(chǎng)與磁場(chǎng)相互激發(fā)，由_____及_____地向周圍空間傳播，從而在理論上預(yù)言了電磁波的存在．麥克斯韋從他的電磁場(chǎng)方程組得到：電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向_____________并且都_______于傳播的方向，即電磁波是_____波；電磁波在真空中傳播的速度恰好等于_______，即v＝3.0108m/s.,近,遠(yuǎn),相互垂直,垂直,橫,光速,核心要點(diǎn)突破,一、對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解對(duì)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論不僅要知道“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”，而且要進(jìn)一步知道：均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，穩(wěn)定的電場(chǎng)不再產(chǎn)生磁場(chǎng)；均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，穩(wěn)定的磁場(chǎng)不再產(chǎn)生電場(chǎng)；周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同周期變化的電場(chǎng)；周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同周期變化的磁場(chǎng)．,二、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)與靜電場(chǎng)有何區(qū)別變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)能使自由電荷定向移動(dòng)形成電流，源源不斷地對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功，使正電荷從低電勢(shì)移到高電勢(shì)，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．而靜電場(chǎng)力移動(dòng)電荷做功，是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，使正電荷從高電勢(shì)移到低電勢(shì)，所以變化磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)不是靜電場(chǎng)．一個(gè)電荷在靜電場(chǎng)中移動(dòng)一周回到出發(fā)點(diǎn)過程靜電場(chǎng)力做功為零，即靜電場(chǎng)力的功與路徑無關(guān)．,而變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的非靜電場(chǎng)，對(duì)電荷的作用力做功與路徑有關(guān)，沿閉合回路一周非靜電場(chǎng)力做功不為零，非靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線是封閉曲線，因此非靜電場(chǎng)又叫渦旋電場(chǎng)．,即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)下列關(guān)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的說法中正確的是()A．均勻變化的電場(chǎng)將產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)將產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)B．均勻變化的電場(chǎng)將產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，均勻變化的磁場(chǎng)將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)C．周期性變化的電場(chǎng)將產(chǎn)生同頻率周期性變化的磁場(chǎng)，周期性變化的磁場(chǎng)將產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng)D．均勻變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相激發(fā)，將產(chǎn)生由近及遠(yuǎn)傳播的電磁波,解析：選BC.由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，均勻變化的磁(電)場(chǎng)將產(chǎn)生穩(wěn)定的電(磁)場(chǎng)；周期性變化的磁(電)場(chǎng)產(chǎn)生同周期變化的電(磁)場(chǎng)；而均勻變化的磁(電)場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電(磁)場(chǎng)，電磁場(chǎng)不再產(chǎn)生電磁波，電磁波不再傳播．應(yīng)選BC.,課堂互動(dòng)講練,根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，下面幾種說法中正確的有()A．在電場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生磁場(chǎng)B．任何變化電場(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)周圍空間能產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)D．周期性振蕩的電場(chǎng)在其周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng),【精講精析】由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，空間某處有變化的電場(chǎng)時(shí)，就會(huì)在其周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)．只有變化的電場(chǎng)周圍才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤．如果電場(chǎng)的變化是均勻的，則產(chǎn)生的磁場(chǎng)是穩(wěn)定的，B、C錯(cuò)誤．而周期性變化的振蕩電場(chǎng)在其周圍空間將產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)，D正確．【答案】D【方法總結(jié)】在理解麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論時(shí)，要注意靜電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，靜磁場(chǎng)也不產(chǎn)生電場(chǎng)，還要注意根據(jù)電場(chǎng)(或磁場(chǎng))的變化情況來確定所產(chǎn)生的是什么性質(zhì)的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))．,變式訓(xùn)練1根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說法正確的是()A．在電場(chǎng)的周圍空間，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)B．在變化的電場(chǎng)周圍空間，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)C．恒定電流在其周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng)D．恒定電流周圍存在著穩(wěn)定的磁場(chǎng),解析：選BD.電場(chǎng)按其是否隨時(shí)間變化分為穩(wěn)定電場(chǎng)(靜電場(chǎng))和變化電場(chǎng)(如運(yùn)動(dòng)電荷形成的電場(chǎng))，穩(wěn)定電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，只有變化的電場(chǎng)周圍空間才存在對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)，故B對(duì)，A錯(cuò)；恒定電流周圍存在穩(wěn)定磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向可由安培定則判斷，D對(duì)，C錯(cuò)．,如圖3－1－3所示，在內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間成正比例增加的變化磁場(chǎng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中小球的帶電量不變，那么(),圖3－1－3,A．小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力不斷增大B．小球受到的磁場(chǎng)力不斷增大C．小球先沿逆時(shí)針方向做減速運(yùn)動(dòng)，過一段時(shí)間后，沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)動(dòng)D．磁場(chǎng)力對(duì)小球一直不做功,【自主解答】因?yàn)椴ＡA環(huán)所在處有均勻變化的磁場(chǎng)，在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦電場(chǎng)，對(duì)帶正電的小球做功．由楞次定律，判斷電場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向．在電場(chǎng)力作用下，小球先沿逆時(shí)針方向做減速運(yùn)動(dòng)，后沿順時(shí)針方向做加速運(yùn)動(dòng)．小球在水平面內(nèi)沿軌跡半徑方向受兩個(gè)力作用：環(huán)的彈力N和磁場(chǎng)的洛倫茲力F＝Bqv，而且兩個(gè)力的矢量和時(shí)刻等于小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力．考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場(chǎng)強(qiáng)弱的變化，彈力N和洛倫茲力F不一定始終在增大．磁場(chǎng)力始終與圓周運(yùn)動(dòng)的線速度方向垂直，所以磁場(chǎng)力對(duì)小球不做功．,【答案】CD【方法總結(jié)】這是一道力、電綜合題，其中許多物理量是相互關(guān)聯(lián)又相互制約的，如變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，F(xiàn)電改變帶電小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變又帶來F洛的變化，繼而又帶來彈力N的變化，等等．,變式訓(xùn)練2如圖3－1－4所示，內(nèi)壁光滑的塑料管彎成的圓環(huán)平放在水平桌面上，環(huán)內(nèi)有一帶負(fù)電小球，整個(gè)裝置處于豎直向下的磁場(chǎng)中．當(dāng)磁場(chǎng)突然增大時(shí)，小球?qū)?)A．沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)B．沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)C．在原位置附近往復(fù)運(yùn)動(dòng)D．仍然保持靜止?fàn)顟B(tài),圖3－1－4,解析：選B.當(dāng)磁場(chǎng)突然增大時(shí)，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，根據(jù)楞次定律知感應(yīng)電場(chǎng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，帶負(fù)電小球在電場(chǎng)力作用下沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)．,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,