滬科物理選修3-4 第3章3.1《麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論》

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(xiàn) 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(lái)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(lái)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(xiàn) 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?chē)臻g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?chē)鷽](méi)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?chē)目臻g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?chē)臻g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 0 108m 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(guò)程靜電場(chǎng)力做功為零 即靜電場(chǎng)力的功與路徑無(wú)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(xiàn)是封閉曲線(xiàn) 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(shuō)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(shuō)法中正確的有 A 在電場(chǎng)周?chē)臻g一定產(chǎn)生磁場(chǎng)B 任何變化電場(chǎng)周?chē)臻g一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)C 均勻變化的電場(chǎng)周?chē)臻g能產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)D 周期性振蕩的電場(chǎng)在其周?chē)臻g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?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng) 只有變化的電場(chǎng)周?chē)拍墚a(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?chē)臻g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(lái)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(shuō)法正確的是 A 在電場(chǎng)的周?chē)臻g 一定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)B 在變化的電場(chǎng)周?chē)臻g 一定存在著和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)C 恒定電流在其周?chē)划a(chǎn)生磁場(chǎng)D 恒定電流周?chē)嬖谥€(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?chē)臻g才存在對(duì)應(yīng)磁場(chǎng) 故B對(duì) A錯(cuò) 恒定電流周?chē)嬖诜€(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?lè)较騽蛩俎D(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(guò)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?lè)较蜃鰷p速運(yùn)動(dòng) 過(guò)一段時(shí)間后 沿順時(shí)針?lè)较蜃黾铀龠\(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?chē)a(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?lè)较?在電場(chǎng)力作用下 小球先沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰷p速運(yùn)動(dòng) 后沿順時(shí)針?lè)较蜃黾铀龠\(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(xiàn)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(lái)F洛的變化 繼而又帶來(lái)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?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)B 沿順時(shí)針?lè)较蜻\(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?lè)较蜻\(yùn)動(dòng) 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全