第十四章第十四章 电磁波电磁波第一节电磁波的发现第一节电磁波的发现1、电磁场理论的核心之一、电磁场理论的核心之一变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场实验为证实验为证如右图如右图, ,交流电产交流电产生了周期变化的磁生了周期变化的磁场场, ,上面的线圈中上面的线圈中产生电流使灯泡发产生电流使灯泡发光光讨论讨论: :如果用不导电的塑料如果用不导电的塑料线绕制线圈线绕制线圈, ,线圈中线圈中还有电场、电流吗还有电场、电流吗? ?线圈不存在时线圈不存在时, ,线圈线圈所处的空间还有电场所处的空间还有电场吗吗? ?若改成恒定的直流电若改成恒定的直流电, ,还有电场吗还有电场吗? ?有电场有电场, ,无电流无电流无无有有麦克斯韦认为：麦克斯韦认为：在变化的磁场周围产在变化的磁场周围产生电场生电场, ,是一种普遍存在的现象是一种普遍存在的现象, ,跟闭跟闭合电路是否存在无关合电路是否存在无关, ,导体环只是用来导体环只是用来显示电流的存在显示电流的存在说明说明: :在变化的磁场中在变化的磁场中所产生的电场的电场所产生的电场的电场线是闭合的线是闭合的 ( (涡旋电涡旋电场场) )2、电磁场理论的核心之二、电磁场理论的核心之二:变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 洞察力：洞察力：麦克斯韦确信自然规律的麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场和磁场的统一性与和谐性，相信电场和磁场的对称美对称美事实和推理：事实和推理：如图所示如图所示, ,在电容器充、在电容器充、放电的时候，不仅导体中的电流要产生放电的时候，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磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场化着的电场周围也要产生磁场. .大胆的假说：大胆的假说：变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场BiE增大B麦克斯韦电磁场理论的理解麦克斯韦电磁场理论的理解: :恒定恒定的电场不产生磁场的电场不产生磁场恒定恒定的磁场不产生电场的磁场不产生电场均匀变化均匀变化的电场在周围空间产生的电场在周围空间产生恒恒定定的磁场的磁场均匀变化均匀变化的磁场在周围空间产生的磁场在周围空间产生恒恒定定的电场的电场振荡电场振荡电场产生产生同频率同频率的的振荡磁场振荡磁场振荡磁场振荡磁场产生产生同频率同频率的的振荡电场振荡电场非均非均匀变匀变化磁化磁场场激激发发变变化化电电场场均均匀匀变变化化激激发发稳稳定定磁磁场场不不在在激激发发非非均均匀匀变变化化激激发发变变化化磁磁场场均匀变化均匀变化激激发发稳稳定定电电场场非均匀变化非均匀变化电场和磁场的变化关系电场和磁场的变化关系电磁场电磁场: : 如果在空间某区域中有周如果在空间某区域中有周期性变化的电场期性变化的电场, ,那么这个变化的那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场化的磁场; ;这个变化的磁场又在它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周围空间产生新的周期性变化的电场场,变化的电场和变化的磁场是相互联变化的电场和变化的磁场是相互联系着的系着的, ,形成不可分割的统一体形成不可分割的统一体, ,这这就是就是电磁场电磁场3 3伟大的预言伟大的预言电磁波电磁波麦克斯韦推断：如果在空间某区域麦克斯韦推断：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就会在空间引起变化的磁化的电场就会在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场化的电场于是，变化的电场和于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播一个伟大的预言诞生向周围传播一个伟大的预言诞生了了空间可能存在电磁波空间可能存在电磁波 二、电磁波的特点：二、电磁波的特点：1电磁波是横波电磁波在真电磁波是横波电磁波在真空中传播时，它的电场强度空中传播时，它的电场强度E与与磁感应强度磁感应强度B相互垂直，而且二相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直如图者均与波的传播方向垂直如图所示所示二、电磁波的特点：二、电磁波的特点：2电磁波中的电磁波中的E和和B这两个物理量这两个物理量随时间和空间做周期性的变化随时间和空间做周期性的变化3电磁波的速度等于光速电磁波的速度等于光速c！4光的本质是电磁波光的本质是电磁波5电磁波能产生反射、折射、干涉、电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象偏振和衍射等现象 三、电磁波的实验证明三、电磁波的实验证明1 1、赫兹的电火花实验原理图、赫兹的电火花实验原理图L接收线圈发 射电路电磁波ECKAB2 2实验原理：实验原理：当开关当开关K K突然断开时，感突然断开时，感应线圈两端产生高压，金属杆应线圈两端产生高压，金属杆A A、B B两端两端的金属球间的空气被击穿而产生电火花，的金属球间的空气被击穿而产生电火花，每跳出一次火花，就产生一次高频振荡每跳出一次火花，就产生一次高频振荡电流，火花放电是间歇性的，因此发射电流，火花放电是间歇性的，因此发射电路就间歇性的发射出电磁波，接收金电路就间歇性的发射出电磁波，接收金属线圈两端的金属球也跳出电火花，说属线圈两端的金属球也跳出电火花，说明接收线圈接收到了电磁波。明接收线圈接收到了电磁波。3 3实验结论：实验结论：证明电磁波存在，为麦证明电磁波存在，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。基础。4 4、其它结论、其它结论赫兹观察到了电磁波的反射赫兹观察到了电磁波的反射, ,折射折射, ,干涉干涉, ,偏振和衍射等现象偏振和衍射等现象. .他还测量出电磁波和光有相同他还测量出电磁波和光有相同的速度的速度. .这样赫兹证实了麦克斯韦关于这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论光的电磁理论. .