1、4.4. 电磁波的发现及应用电磁波的发现及应用 电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使 古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是怎样发现古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是怎样发现 的呢？的呢？ 1.1.通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性； 2.2.通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。 3.3.知道光是一种电磁波。知道光是一种电磁波。 1.1.知道变化的电场和磁场的相互联系，了
2、解电磁波产生原理。知道变化的电场和磁场的相互联系，了解电磁波产生原理。 2.2.知道电磁波谱中各个频率的波的特点。知道电磁波谱中各个频率的波的特点。 3.3.了解电磁波在生产生活中的应用实例。了解电磁波在生产生活中的应用实例。 （物理观念）（物理观念） （物理观念）（物理观念） （物理观念）（物理观念） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟 大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、大科学家。他依据库仑、高斯、欧
3、姆、安培、毕奥、 萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果， 建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预 言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的 本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这 一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、 电子工业和无线电工业的基础。电子工业和无线电工业的基础。 韦伯穿过一个又一个欧姆。韦伯穿过一个又一个欧姆。 把回音带给我把回音带给我
4、“我是你“我是你 忠实而又真诚的法拉，充电忠实而又真诚的法拉，充电 到一个伏特，表示对你的到一个伏特，表示对你的 爱。爱。麦克斯韦麦克斯韦 【分析】：麦克斯韦认为变化的磁麦克斯韦认为变化的磁 场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中产生电场，正是这种电 场场(涡旋电场涡旋电场)在线圈中驱使自由电子在线圈中驱使自由电子 做定向的移动，引起了感应电流。做定向的移动，引起了感应电流。 变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 【现象】：变化的电场周围小磁针发生摆动【现象】：变化的电场周围小磁针发生摆动 【分析】电荷运动时，周围的小磁针摆电荷运动时，周围的小磁针摆 动，说明小磁针所在处产生了另一个磁动，说
5、明小磁针所在处产生了另一个磁 场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由 电荷运动在周围空间产生的变化电场引电荷运动在周围空间产生的变化电场引 起的。起的。 变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 一、电磁场一、电磁场 在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流。这是法拉第发现的在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流。这是法拉第发现的 电磁感应现象。麦克斯韦进一步想到：既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促电磁感应现象。麦克斯韦进一步想到：既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促 使导体中的自由电荷做定向运动；即使在变化的磁场中没有闭合电路，同
6、样会在空间使导体中的自由电荷做定向运动；即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间 产生电场。因此，麦克斯韦认为：这个现象的实质是产生电场。因此，麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场产生了电场变化的磁场产生了电场。 既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？麦克斯韦确信既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？麦克斯韦确信 自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设：变化的电自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设：变化的电 场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，
7、即变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场。 按照这个理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的按照这个理论，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的 电磁场电磁场. 根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某域中有周期性根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某域中有周期性 变化的电场，那么，它就在空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场变化的电场，那么，它就在空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场 又引起新的周期性变化的电场又引起新的周期性变化的电场。于是。于是, ,变化的电场和变化的磁场交替变化的电场和变化的磁场交替 产生，由近及远地向周围传播。
8、产生，由近及远地向周围传播。 B B E E E E 二、电磁波二、电磁波 1.1.电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波 2.2.电磁波传播的速度等于光速。光是一种电磁波。电磁波传播的速度等于光速。光是一种电磁波。 3.3.电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E E、B B、v v三矢三矢 量相互垂直。电磁波是横波。量相互垂直。电磁波是横波。 捕捉电磁波捕捉电磁波 例例1.1.按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ） A A、恒定的磁场在周围产
9、生恒定的电场、恒定的磁场在周围产生恒定的电场 B B、变化的磁场在周围产生变化的电场、变化的磁场在周围产生变化的电场 C C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场 D D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场 均匀变化均匀变化的磁场（电场）的磁场（电场） 产生产生恒定恒定的电场（磁场）的电场（磁场） D D 三、电磁波谱三、电磁波谱 按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是按照电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱电磁波谱。 在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；在一列水波中，凸起的最高处叫
10、作波峰； 凹下的最低处叫作波谷。凹下的最低处叫作波谷。 邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在 1 s 1 s 内有多少次波峰内有多少次波峰 （或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来 描述波传播快慢的物理量叫作波速。波速、波长、频率三者之间的关描述波传播快慢的物理量叫作波速。波速、波长、频率三者之间的关 系是系是: : 波速波长波速波长 频率频率 fc sm/103c 8 四、电磁波的能量四、电磁波的能量 法拉第用“力线”形象地描述了电磁场，麦克斯韦用数学语言表述了电磁
11、场。但法拉第用“力线”形象地描述了电磁场，麦克斯韦用数学语言表述了电磁场。但 在当时，人们只把电磁场看作研究电磁现象的一种方法。赫兹通过实验证实了电磁波在当时，人们只把电磁场看作研究电磁现象的一种方法。赫兹通过实验证实了电磁波 的存在，这意味着，电磁场不仅仅是一种描述方式，而且是真正的物质存在的存在，这意味着，电磁场不仅仅是一种描述方式，而且是真正的物质存在. 生活中常用微波炉来加热食物。食物中的水分子在微波的作生活中常用微波炉来加热食物。食物中的水分子在微波的作 用下热运动加剧，内能增加，温度升高。食物增加的能量是微波用下热运动加剧，内能增加，温度升高。食物增加的能量是微波 给它的。可见，电
12、磁波具有能量。给它的。可见，电磁波具有能量。 我们有各种各样的仪器，能够探测到各种电磁波。所有这些我们有各种各样的仪器，能够探测到各种电磁波。所有这些 都表明电磁波具有能量，电磁波是一种物质都表明电磁波具有能量，电磁波是一种物质. . 五、电磁波通信五、电磁波通信 电磁波携带的信息，既可以有线传播，电磁波携带的信息，既可以有线传播， 也可以无线传播。也可以无线传播。 1 1、电磁波有效发射的条件：、电磁波有效发射的条件： 电磁波电磁波 的发射的发射 “货物”：“货物”：要传送的要传送的 声音、图象等讯号声音、图象等讯号 “汽车”：振荡器产生“汽车”：振荡器产生 的高频交变电流的高频交变电流(载
13、波载波) 微波微波的接收的接收 微波微波: : 频率很高频率很高，波长很短，波长很短；直线传播。；直线传播。 2.2.电磁波的接收电磁波的接收 磁场磁场 电场电场 变化变化 产 生 产 生 电磁波电磁波 频率、波长、波速三者关系：频率、波长、波速三者关系：c=c= f 电磁波可以在真空中传播，电磁电磁波可以在真空中传播，电磁 波的传播不需要介质波的传播不需要介质 光也是一种电磁波光也是一种电磁波 1.1.（多选）（多选）关于电磁场和电磁波的正确说法是关于电磁场和电磁波的正确说法是（ ） A. A. 电场和磁场总是相互联系的，统称为电磁场电场和磁场总是相互联系的，统称为电磁场 B. B. 电磁场
14、由电磁场由近近向远处传播就是电磁波向远处传播就是电磁波 C. C. 电磁波传播速度总是电磁波传播速度总是3 310108 8m/sm/s D. D. 电磁波可以在真空中传播电磁波可以在真空中传播 BDBD 2 2. .电焊作业时电焊作业时，会产生对人体有害的电焊弧光会产生对人体有害的电焊弧光。焊接电弧温度在焊接电弧温度在 30003000 时时， 辐射出大量频率为辐射出大量频率为 1 1. .0 0 101015 15 Hz Hz 的电磁波的电磁波。根据波长判断根据波长判断，它属于哪种电它属于哪种电 磁波磁波？电焊工人作业时电焊工人作业时，需要佩戴专业的防护头盔需要佩戴专业的防护头盔 ( (如图如图) )，这是为什么这是为什么？ 8 7 15 3 10 =m3 10 m 1.0 10 c f 紫外线紫外线 紫外线对人体的危害主要是光化学紫外线对人体的危害主要是光化学 作用，对人体皮肤和眼睛造成损害。作用，对人体皮肤和眼睛造成损害。 即使最无足轻重的今天和昨天相比，也具有现实 性这一优势。
