滬科物理選修3-4《麥克斯韋的電磁場理論》

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,3．1麥克斯韋的電磁場理論,,,,,,,,,,,核心要點突破,課堂互動講練,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”的概念．2．知道麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱是什么．重點難點：麥克斯韋電磁場理論．,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”的概念是牛頓時代以來在物理學(xué)概念方面最重要的變革，也使人們對物質(zhì)概念的認(rèn)識提升到一個新的高度，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”,實物,場,二、電磁場理論的兩大支柱1．變化的磁場產(chǎn)生電場在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里會產(chǎn)生感應(yīng)電流，其實質(zhì)是變化的磁場在它周圍空間產(chǎn)生了電場，電路中的自由電荷在電場力作用下做定向移動，形成了感應(yīng)電流，即使在變化的磁場周圍沒有閉合電路，同樣產(chǎn)生電場，如圖3－1－1所示．,圖3－1－1,2．變化的電場產(chǎn)生磁場變化的磁場產(chǎn)生電場，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)：變化的電場會在空間產(chǎn)生磁場，如圖3－1－2所示．,圖3－1－2,3．電磁場理論——偉大的豐碑電磁場理論的大意是：均勻變化的磁(電)場產(chǎn)生_______的電(磁)場，不均勻變化的磁(電)場產(chǎn)生________的電(磁)場．麥克斯韋認(rèn)為，不均勻變化的磁場和電場相互耦連，形成不可分離的統(tǒng)一的_________．變化的電場會在周圍的空間產(chǎn)生變化的磁場，這個變化的,穩(wěn)定,變化,電磁場,磁場又會在較遠(yuǎn)的空間產(chǎn)生變化的電場．電場與磁場相互激發(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方程組得到：電場和磁場的方向_____________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,核心要點突破,一、對麥克斯韋電磁場理論的理解對于麥克斯韋電磁場理論不僅要知道“變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場”，而且要進(jìn)一步知道：均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，穩(wěn)定的電場不再產(chǎn)生磁場；均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場不再產(chǎn)生電場；周期性變化的磁場產(chǎn)生同周期變化的電場；周期性變化的電場產(chǎn)生同周期變化的磁場．,二、變化的磁場產(chǎn)生的電場與靜電場有何區(qū)別變化的磁場所產(chǎn)生的電場能使自由電荷定向移動形成電流，源源不斷地對運動電荷做功，使正電荷從低電勢移到高電勢，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．而靜電場力移動電荷做功，是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，使正電荷從高電勢移到低電勢，所以變化磁場所產(chǎn)生的電場不是靜電場．一個電荷在靜電場中移動一周回到出發(fā)點過程靜電場力做功為零，即靜電場力的功與路徑無關(guān)．,而變化的磁場產(chǎn)生的非靜電場，對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力做功不為零，非靜電場的電場線是封閉曲線，因此非靜電場又叫渦旋電場．,即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)下列關(guān)于麥克斯韋電磁場理論的說法中正確的是()A．均勻變化的電場將產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場將產(chǎn)生均勻變化的電場B．均勻變化的電場將產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場C．周期性變化的電場將產(chǎn)生同頻率周期性變化的磁場，周期性變化的磁場將產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場D．均勻變化的電場和磁場互相激發(fā)，將產(chǎn)生由近及遠(yuǎn)傳播的電磁波,解析：選BC.由麥克斯韋電磁場理論可知，均勻變化的磁(電)場將產(chǎn)生穩(wěn)定的電(磁)場；周期性變化的磁(電)場產(chǎn)生同周期變化的電(磁)場；而均勻變化的磁(電)場產(chǎn)生穩(wěn)定的電(磁)場，電磁場不再產(chǎn)生電磁波，電磁波不再傳播．應(yīng)選BC.,課堂互動講練,根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，下面幾種說法中正確的有()A．在電場周圍空間一定產(chǎn)生磁場B．任何變化電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場C．均勻變化的電場周圍空間能產(chǎn)生變化的磁場D．周期性振蕩的電場在其周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場,【精講精析】由麥克斯韋電磁場理論可知，空間某處有變化的電場時，就會在其周圍空間產(chǎn)生磁場．只有變化的電場周圍才能產(chǎn)生磁場，所以選項A錯誤．如果電場的變化是均勻的，則產(chǎn)生的磁場是穩(wěn)定的，B、C錯誤．而周期性變化的振蕩電場在其周圍空間將產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場，D正確．【答案】D【方法總結(jié)】在理解麥克斯韋的電磁場理論時，要注意靜電場不產(chǎn)生磁場，靜磁場也不產(chǎn)生電場，還要注意根據(jù)電場(或磁場)的變化情況來確定所產(chǎn)生的是什么性質(zhì)的磁場(或電場)．,變式訓(xùn)練1根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()A．在電場的周圍空間，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場B．在變化的電場周圍空間，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場C．恒定電流在其周圍不產(chǎn)生磁場D．恒定電流周圍存在著穩(wěn)定的磁場,解析：選BD.電場按其是否隨時間變化分為穩(wěn)定電場(靜電場)和變化電場(如運動電荷形成的電場)，穩(wěn)定電場不產(chǎn)生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應(yīng)磁場，故B對，A錯；恒定電流周圍存在穩(wěn)定磁場，磁場的方向可由安培定則判斷，D對，C錯．,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沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動．若在此空間突然加上方向豎直向上、磁感應(yīng)強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設(shè)運動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．小球受到的磁場力不斷增大C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D．磁場力對小球一直不做功,【自主解答】因為玻璃圓環(huán)所在處有均勻變化的磁場，在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦電場，對帶正電的小球做功．由楞次定律，判斷電場方向為順時針方向．在電場力作用下，小球先沿逆時針方向做減速運動，后沿順時針方向做加速運動．小球在水平面內(nèi)沿軌跡半徑方向受兩個力作用：環(huán)的彈力N和磁場的洛倫茲力F＝Bqv，而且兩個力的矢量和時刻等于小球做圓周運動的向心力．考慮到小球速度大小的變化和方向的變化以及磁場強弱的變化，彈力N和洛倫茲力F不一定始終在增大．磁場力始終與圓周運動的線速度方向垂直，所以磁場力對小球不做功．,【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，如變化的磁場產(chǎn)生電場，F(xiàn)電改變帶電小球的運動狀態(tài)，運動狀態(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，整個裝置處于豎直向下的磁場中．當(dāng)磁場突然增大時，小球?qū)?)A．沿逆時針方向運動B．沿順時針方向運動C．在原位置附近往復(fù)運動D．仍然保持靜止?fàn)顟B(tài),圖3－1－4,解析：選B.當(dāng)磁場突然增大時，變化的磁場產(chǎn)生電場，根據(jù)楞次定律知感應(yīng)電場方向為逆時針，帶負(fù)電小球在電場力作用下沿順時針方向運動．,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,