师：同学们，今天我们来学习第二节麦克斯韦电磁场理论。在选择性必修一，我们学了机械振动和机械波，知道机械振动在介质中传播能产生机械波。在本章第一节，我们学习了电磁震荡。大家用类比的方法思考一下，既然机械震动能产生机械波，那电磁震荡能不能产生电磁波呢？英国物理学家麦克斯韦对此进行大量研究总结后，大胆猜想假设，不仅建立了电磁场理论，还预言电磁波存在。那他提出这个预言的依据是什么呢？下面我们一起来学习麦克斯韦的推理研究过程。
首先，丹麦物理学家奥斯特发现电流磁效应，说明电可以生磁。英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，说明磁能生电。电与磁有明显对称性。基于这两个前提，麦克斯韦提出关于电磁场理论的两个假设：一、变化的磁场周围会产生电场；二、变化的电场周围会产生磁场。我们先来学习假设一。
大家看这个视频，把变压器的铁心竖起来，给变压器线圈接上交流电，将连接灯泡的闭合电路套入铁芯后，灯泡发光。这是我们学过的法拉第电磁感应现象，它说明了什么呢？说明给变压器线圈接上交流电时，变化的电流在线圈周围产生变化的磁场。因为铁芯导磁作用强，放入线圈内，铁芯周围就存在变化的磁场。把闭合回路套入铁心，闭合回路磁通量发生变化。根据法拉第电磁感应定律，闭合回路磁通量变化就能产生感应电流，所以灯泡发光。
对于这个现象，麦克斯韦有另一种解释。他认为闭合回路中感应电流产生，是自由电荷定向移动形成的。那自由电荷为什么会定向移动呢？是因为受到电场力作用。电荷为什么会受到电场力呢？根据电场力公式(f = qE)，有电场力就说明有电场，由此推断电路所在空间存在电场。
这个电场是怎么产生的呢？麦克斯韦认为是由变化的磁场引起的。如图，变化的磁场中即便没有放入闭合电路，空间仍然会激发电场。也就是说，变化的磁场周围能产生电场，与闭合电路是否存在无关。闭合电路只是起到检验空间是否有电场的作用，即便没有闭合电路，空间依然存在电场。我们把这个由变化的磁场产生的电场称为感应电场，也叫涡旋电场。之前我们学过的电场叫静电场。下面我们对比讨论一下，静电场跟今天所学的感应电场有何不同。大家看图。
感应电场由变化的磁场产生，特点是电场线是闭合的，没有起点也没有终点，所以又称为涡旋电场。而静电场由静止的场源电荷产生，电场线不闭合，有起点有终点。电场线起于正电荷或无穷远，止于无穷远或负电荷。接下来我们学习假设二，变化的电场周围会产生磁场。
在奥斯特和法拉第研究基础上，麦克斯韦坚信电场和磁场规律对称，既然变化的磁场周围能产生电场，那么变化的电场周围也能产生磁场。后来大量实验证实麦克斯韦这个假设是正确的。大家来看这个视频，重点观看视频中小磁针的转动情况。根据实验现象，一起来分析实验原理。
视频画面左边有个手摇起电机，右边有个铁架台，铁架台上固定着两个正对的金属板，这两个金属板组成一个平行板电容器。电容器每个金属板分别与起电机两个电极相连，电容器两极板间放入一个可自由转动的小磁针。用手转动起电机，就可以对平行板电容器充电。
通过实验看到，起动机给电容充电时，两极板间小磁针发生转动，这是为什么呢？麦克斯韦认为，小磁针转动是因为受到磁场力作用。为什么会有磁场力？说明小磁针所处空间存在磁场。这个磁场是怎么产生的呢？为回答这些疑问，麦克斯韦提出他的第二个假设。他认为电容充电过程中，两极板带电量变化，因此两极板间产生变化的电场，变化的电场能产生磁场。正是在这个磁场力作用下，小磁针才发生转动，由此说明变化的电场周围会产生磁场。
通过上面分析发现，变化的磁场能产生电场，变化的电场也能产生磁场。也就是说，变化的电场和磁场总是相互联系，形成不可分离的统一体，这就是电磁场。
对于变化的磁场产生电场的情况，我们进一步理解和推论，分为以下四种：第一种，如图一所示，恒定的磁场不能产生电场。恒定的磁场指大小和方向都不随时间变化的磁场。第二种，如图 2 所示，均匀变化的磁场可以产生恒定的电场。均匀变化包括均匀变大和均匀变小两种情况。第三种，如图 3 所示，非均匀变化的磁场产生变化的电场。第四种，如图 4 所示，周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场。注意，周期性变化属于非均匀变化，所以第四种情况是第三种情况的重要特例。例如，磁场按正弦规律变化时，可产生同频率按余弦规律变化的电场；反之，磁场按余弦规律变化时，可产生同频率按正弦规律变化的电场。