滬科物理選修3-4 第3章3.1《麥克斯韋的電磁場理論》

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歡迎進入物理課堂 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 0 108m s 近 遠 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