沪科物理选修3-4 第3章3.1《麦克斯韦的电磁场理论》

欢迎进入物理课堂 3 1麦克斯韦的电磁场理论 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 3 1 课前自主学案 课标定位 课标定位 学习目标 1 了解法拉第提出的 力线 和 场 的概念 2 知道麦克斯韦电磁场理论的两大支柱是什么 重点难点 麦克斯韦电磁场理论 课前自主学案 一 法拉第的贡献法拉第创造性地用 和 的概念来描述电荷之间 磁体之间以及电与磁之间的相互作用 场 的概念是牛顿时代以来在物理学概念方面最重要的变革 也使人们对物质概念的认识提升到一个新的高度 即物质的存在有两种形态 一种是分子 原子等 另一种是 力线 场 实物 场 二 电磁场理论的两大支柱1 变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路 电路里会产生感应电流 其实质是变化的磁场在它周围空间产生了电场 电路中的自由电荷在电场力作用下做定向移动 形成了感应电流 即使在变化的磁场周围没有闭合电路 同样产生电场 如图3 1 1所示 图3 1 1 2 变化的电场产生磁场变化的磁场产生电场 麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性 他大胆假设 变化的电场会在空间产生磁场 如图3 1 2所示 图3 1 2 3 电磁场理论 伟大的丰碑电磁场理论的大意是 均匀变化的磁 电 场产生 的电 磁 场 不均匀变化的磁 电 场产生 的电 磁 场 麦克斯韦认为 不均匀变化的磁场和电场相互耦连 形成不可分离的统一的 变化的电场会在周围的空间产生变化的磁场 这个变化的 稳定 变化 电磁场 磁场又会在较远的空间产生变化的电场 电场与磁场相互激发 由 及 地向周围空间传播 从而在理论上预言了电磁波的存在 麦克斯韦从他的电磁场方程组得到 电场和磁场的方向 并且都 于传播的方向 即电磁波是 波 电磁波在真空中传播的速度恰好等于 即v 3 0 108m s 近 远 相互垂直 垂直 横 光速 核心要点突破 一 对麦克斯韦电磁场理论的理解对于麦克斯韦电磁场理论不仅要知道 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 而且要进一步知道 均匀变化的磁场产生稳定的电场 稳定的电场不再产生磁场 均匀变化的电场产生稳定的磁场 稳定的磁场不再产生电场 周期性变化的磁场产生同周期变化的电场 周期性变化的电场产生同周期变化的磁场 二 变化的磁场产生的电场与静电场有何区别变化的磁场所产生的电场能使自由电荷定向移动形成电流 源源不断地对运动电荷做功 使正电荷从低电势移到高电势 将其他形式的能转化为电能 而静电场力移动电荷做功 是将电能转化为其他形式的能 使正电荷从高电势移到低电势 所以变化磁场所产生的电场不是静电场 一个电荷在静电场中移动一周回到出发点过程静电场力做功为零 即静电场力的功与路径无关 而变化的磁场产生的非静电场 对电荷的作用力做功与路径有关 沿闭合回路一周非静电场力做功不为零 非静电场的电场线是封闭曲线 因此非静电场又叫涡旋电场 即时应用 即时突破 小试牛刀 下列关于麦克斯韦电磁场理论的说法中正确的是 A 均匀变化的电场将产生均匀变化的磁场 均匀变化的磁场将产生均匀变化的电场B 均匀变化的电场将产生稳定的磁场 均匀变化的磁场将产生稳定的电场C 周期性变化的电场将产生同频率周期性变化的磁场 周期性变化的磁场将产生同频率周期性变化的电场D 均匀变化的电场和磁场互相激发 将产生由近及远传播的电磁波 解析 选BC 由麦克斯韦电磁场理论可知 均匀变化的磁 电 场将产生稳定的电 磁 场 周期性变化的磁 电 场产生同周期变化的电 磁 场 而均匀变化的磁 电 场产生稳定的电 磁 场 电磁场不再产生电磁波 电磁波不再传播 应选BC 课堂互动讲练 根据麦克斯韦的电磁场理论 下面几种说法中正确的有 A 在电场周围空间一定产生磁场B 任何变化电场周围空间一定产生变化的磁场C 均匀变化的电场周围空间能产生变化的磁场D 周期性振荡的电场在其周围空间产生同频率的振荡磁场 精讲精析 由麦克斯韦电磁场理论可知 空间某处有变化的电场时 就会在其周围空间产生磁场 只有变化的电场周围才能产生磁场 所以选项A错误 如果电场的变化是均匀的 则产生的磁场是稳定的 B C错误 而周期性变化的振荡电场在其周围空间将产生同频率的振荡磁场 D正确 答案 D 方法总结 在理解麦克斯韦的电磁场理论时 要注意静电场不产生磁场 静磁场也不产生电场 还要注意根据电场 或磁场 的变化情况来确定所产生的是什么性质的磁场 或电场 变式训练1根据麦克斯韦电磁场理论 下列说法正确的是 A 在电场的周围空间 一定存在着和它联系着的磁场B 在变化的电场周围空间 一定存在着和它联系着的磁场C 恒定电流在其周围不产生磁场D 恒定电流周围存在着稳定的磁场 解析 选BD 电场按其是否随时间变化分为稳定电场 静电场 和变化电场 如运动电荷形成的电场 稳定电场不产生磁场 只有变化的电场周围空间才存在对应磁场 故B对 A错 恒定电流周围存在稳定磁场 磁场的方向可由安培定则判断 D对 C错 如图3 1 3所示 在内壁光滑 水平放置的玻璃圆环内 有一直径略小于环口径的带正电的小球 正以速率v0沿逆时针方向匀速转动 若在此空间突然加上方向竖直向上 磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场 设运动过程中小球的带电量不变 那么 图3 1 3 A 小球对玻璃环的压力不断增大B 小球受到的磁场力不断增大C 小球先沿逆时针方向做减速运动 过一段时间后 沿顺时针方向做加速运动D 磁场力对小球一直不做功 自主解答 因为玻璃圆环所在处有均匀变化的磁场 在周围产生稳定的旋涡电场 对带正电的小球做功 由楞次定律 判断电场方向为顺时针方向 在电场力作用下 小球先沿逆时针方向做减速运动 后沿顺时针方向做加速运动 小球在水平面内沿轨迹半径方向受两个力作用 环的弹力N和磁场的洛伦兹力F Bqv 而且两个力的矢量和时刻等于小球做圆周运动的向心力 考虑到小球速度大小的变化和方向的变化以及磁场强弱的变化 弹力N和洛伦兹力F不一定始终在增大 磁场力始终与圆周运动的线速度方向垂直 所以磁场力对小球不做功 答案 CD 方法总结 这是一道力 电综合题 其中许多物理量是相互关联又相互制约的 如变化的磁场产生电场 F电改变带电小球的运动状态 运动状态的改变又带来F洛的变化 继而又带来弹力N的变化 等等 变式训练2如图3 1 4所示 内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上 环内有一带负电小球 整个装置处于竖直向下的磁场中 当磁场突然增大时 小球将 A 沿逆时针方向运动B 沿顺时针方向运动C 在原位置附近往复运动D 仍然保持静止状态 图3 1 4 解析 选B 当磁场突然增大时 变化的磁场产生电场 根据楞次定律知感应电场方向为逆时针 带负电小球在电场力作用下沿顺时针方向运动 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全