1、14.1电磁波的发现电磁波的发现学习目标：学习目标：1.了解发现电磁波的历史背景，领会所蕴含的科学精了解发现电磁波的历史背景，领会所蕴含的科学精神和科学研究方法。神和科学研究方法。2.了解麦克斯韦电磁场理论的两个要点，尝试用数学了解麦克斯韦电磁场理论的两个要点，尝试用数学的方法细化要点。的方法细化要点。3.知道电磁场、电磁波的概念，体会它们得到物质性。知道电磁场、电磁波的概念，体会它们得到物质性。4.通过实验，体验赫兹证明电磁波存在的实验过程，通过实验，体验赫兹证明电磁波存在的实验过程，领会发现电磁波的物理意义。领会发现电磁波的物理意义。5.能区别机械波和电磁波。能区别机械波和电磁波。奥斯特奥
2、斯特电流的磁效应电流的磁效应 法拉第法拉第电磁感应现象电磁感应现象麦克斯韦是英国物理学家经典电磁理论的麦克斯韦是英国物理学家经典电磁理论的奠基人。奠基人。1831年年6月月13日出生于爱丁堡。日出生于爱丁堡。15岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论文发表在文发表在爱丁堡皇家学会会刊爱丁堡皇家学会会刊上，比上，比笛卡尔的方法还简便。笛卡尔的方法还简便。16岁进入爱丁堡大学听课，专攻数学，很岁进入爱丁堡大学听课，专攻数学，很重视实验。重视实验。19岁考入剑桥大学，岁考入剑桥大学，23岁以优异的成绩毕岁以优异的成绩毕业，并留校工作。业，并留校工作。29岁起任伦敦皇家学
3、院物理学和天文学教岁起任伦敦皇家学院物理学和天文学教授。授。1871年起负责筹划卡文迪许实验室。年起负责筹划卡文迪许实验室。1879年因癌症逝世，终年年因癌症逝世，终年48岁。岁。伟大的预言伟大的预言麦克斯韦的电磁场理论要点麦克斯韦的电磁场理论要点伟大的预言伟大的预言 v1、变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场v装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。起感应电流使灯泡发光。总结总结：麦克斯韦认为麦克斯韦认为线圈线圈只不过用来只不过用来显显示电场的存在示电场的存在
4、，线圈不存在时，线圈不存在时，变化的磁场变化的磁场同样在周围空间产生电场，同样在周围空间产生电场，这是一种普遍存这是一种普遍存在的现象在的现象!提醒：提醒：1.该电场是涡旋电场该电场是涡旋电场 2.电场线方向的确定仍用楞次定律（增反减同）电场线方向的确定仍用楞次定律（增反减同）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磁场产生的磁场产生恒定恒定的电场的电场周期性变化的周期性变化的磁场（振荡的磁场）磁场（振荡的磁场）产产生生同频同频率率的的周期性变化的电场（振荡的电场）周期性变化的电场（振荡的电场）非均匀变化的磁场非均匀变化的磁场产生变化的电场产生变化的电场1 1、变化的磁场产生
5、、变化的磁场产生电场电场（衍生要点如下）（衍生要点如下）2变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 自然规律总是统一的、和谐的，并具有对自然规律总是统一的、和谐的，并具有对称的美！称的美！麦克斯韦经过反复思考麦克斯韦经过反复思考提出提出假设：假设：变化的电场在空变化的电场在空间产生磁场间产生磁场。提醒：磁场方向的确定仍提醒：磁场方向的确定仍用安培定则（右手螺旋定用安培定则（右手螺旋定则）则）2 2、变化的电场产生、变化的电场产生磁场磁场（衍生要点如下）（衍生要点如下）恒定恒定的电场不产生磁场的电场不产生磁场均匀变化均匀变化的电场产生的电场产生恒定恒定的磁场的磁场周期性变化的周期性变化的电场（振荡的
6、电场）电场（振荡的电场）产产生生同频同频率率的的周期性变化的磁场（振荡的磁场）周期性变化的磁场（振荡的磁场）非均匀变化的电场非均匀变化的电场产生产生变化的磁场变化的磁场二电磁场二电磁场v1、电磁场、电磁场v麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空变化的磁场，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场间产生新的周期性变化的电场。可见，。可见，变化的电场和变化的磁场
7、总是相互联系，交变化的电场和变化的磁场总是相互联系，交替产生，替产生，形成了一个不可分割的统一体，这形成了一个不可分割的统一体，这就是电磁场就是电磁场。2、电磁波、电磁波 麦克斯韦的预言：麦克斯韦的预言：变化的电场变化的电场和和变化的变化的磁场磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形交替产生，由近及远地向周围传播，形成了成了电磁波。电磁波。并由此断定：光就是电磁波！电磁波并由此断定：光就是电磁波！电磁波的速度等于光速（真空中）的速度等于光速（真空中）2 2、电磁波的特点电磁波的特点1 1）电磁波）电磁波是横波是横波 （EBV EBV）2 2)计算满足：计算满足：v=v=/T=/T=f f4)4)
8、电磁波的电磁波的频率由振源决定频率由振源决定，同一电磁波在不同，同一电磁波在不同介质中传播，介质中传播，v v和和变变化，化，f 不变。不变。v v介介C400nm）（400nm5nm）小小大大（1mm700nm）（1mm）（5nm）红外线红外线 是一种光波，是一种光波，比比无线电波无线电波短，比短，比可见光可见光长。长。所有物体所有物体都辐射红外线。都辐射红外线。主要作用是主要作用是热作用热作用。人眼看不见红外线。人眼看不见红外线。利用红外线测量体温利用红外线测量体温 红外线主要作红外线主要作用是热作用，可以用是热作用，可以利用红外线来加热利用红外线来加热物体和进行红外线物体和进行红外线遥感
9、遥感 红外线技红外线技术的应用术的应用注意注意:烤箱中的红光烤箱中的红光,不是不是红外线红外线,红外线是看不红外线是看不见的见的.利用红外线检测人体的健利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域不同颜色判断病变区域 红外线卫星云图红外线卫星云图显示一九九九年九月显示一九九九年九月十六日台风约克于清十六日台风约克于清晨靠近香港时晨靠近香港时,中心中心的风眼清晰可见的风眼清晰可见无线电波无线电波1的的电磁波电磁波。用通信和广播。微波炉用的。用通信和广播。微波炉用的也是也是无线电波。无线电波。电视塔能发射
10、无线电波利用微波加热利用微波加热紫外线紫外线波长范围在5-400nm的电磁波是紫外线。紫外线紫外线具有具有较高的能量较高的能量。紫外线消毒紫外线消毒紫外线验钞紫外线验钞X射线射线和和射线射线波长比波长比紫外线紫外线更短的更短的电磁波电磁波就是就是X射线射线和和射线射线X射线射线和和射线射线的波长很短，具有很强的的波长很短，具有很强的穿透性穿透性。电磁波的能量电磁波的能量电场是电荷电场是电荷周围客观存周围客观存在的物质在的物质磁场时客观磁场时客观存在的物质存在的物质电磁波是客观存在的物质电磁波是客观存在的物质电磁波具有能量。电磁波具有能量。v四、太阳辐射四、太阳辐射v太阳辐射中含有可见光、太阳辐
11、射中含有可见光、红外线红外线、紫外线紫外线，同时还，同时还有有X X射线射线、射线射线、无线电波无线电波。太阳辐射的能量集中。太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内，如下图。在可见光、红外线和紫外线三个区域内，如下图。波长在黄绿光附近，辐射的能量最强。波长在黄绿光附近，辐射的能量最强。小结小结一、一、麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论1 1变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场2 2变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场3 3电磁场电磁场传播传播电磁波电磁波4 4、电磁波不需介质，以光速传播。、电磁波不需介质，以光速传播。二、赫兹证实：二、赫兹证实：1 1、电磁场、电磁波的存在。、
12、电磁场、电磁波的存在。2 2、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现 象，证明了电磁波与光具有相同的性质。象，证明了电磁波与光具有相同的性质。小结小结二、电磁波谱二、电磁波谱 1 1、电磁波谱、电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱叫做电磁波谱2 2、波长从大到小的顺序波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红无线电波、光波（红外线、可见光、紫外线）、外线、可见光、紫外线）、X X射线、射线、射线射线三、三、电磁波的能量电磁波的能量电磁波有能量。电磁波有能量。电磁波是一种物质电磁
13、波是一种物质。四、太阳辐射四、太阳辐射太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域。黄绿光附近，辐射的能量最强。个区域。黄绿光附近，辐射的能量最强。3 3、频率频率(波长波长)不同的电磁波表现出作用不同不同的电磁波表现出作用不同 红外线红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感；加热物体和进行红外线遥感；紫外线紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒；毒；伦琴射线伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进
14、行对人体的透视和检查与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；部件的缺陷；射线射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用有广泛的应用，如探伤，测厚或用刀进行手刀进行手术术关于电磁波谱的几点强调关于电磁波谱的几点强调 返回返回v1 1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（说法中正确的是（）vA A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场、恒定的磁场在周围产生恒定的电场vB 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vC C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变、均匀变化的磁场
15、在周围产生均匀变化的电场化的电场vD D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场电场例与练例与练均匀变化均匀变化的磁场（电场）产的磁场（电场）产生生恒定恒定的电场（磁场）的电场（磁场）Dv2 2、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法说法中正中正确的是（确的是（）vA A、振荡的磁场在周围产生恒定的电场、振荡的磁场在周围产生恒定的电场vB B、振荡的磁场在周围产生均匀变化的、振荡的磁场在周围产生均匀变化的电场电场vC C、振荡的电场在周围产生不同频率的、振荡的电场在周围产生不同频率的振荡磁场振荡磁场vD D、振荡的电场在周围产生同频率的振
16、、振荡的电场在周围产生同频率的振荡磁场荡磁场例与练例与练振荡振荡磁场（电场）产生磁场（电场）产生同频同频率的振荡率的振荡电场（磁场）电场（磁场）Dv3 3、关于电磁波，下列说法中正确的是关于电磁波，下列说法中正确的是vA A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波电磁波vB B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波产生处向远处传播形成电磁波vC C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直互相垂直，
17、且与传播方向互相垂直vD D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象偏振现象例与练例与练电磁波是电磁波是横波横波BCDv4 4、比较电磁波和机械波，下列说法中、比较电磁波和机械波，下列说法中正确的是（）正确的是（）vA A、电磁波和机械波都可以在真空中传、电磁波和机械波都可以在真空中传播播vB B、电磁波和机械波都是传递能量的一、电磁波和机械波都是传递能量的一种形式种形式vC C、电磁波和机械波都能产生反射、干、电磁波和机械波都能产生反射、干涉、衍射、偏振现象涉、衍射、偏振现象vD D、电磁波和声波都是纵波、电磁波和声波都是纵波例与练例与练机械波只能在机械波只
18、能在介质介质中传播中传播电磁波是电磁波是横波，横波，声波是声波是纵波纵波BC5 5、任何电磁波在真空中都具有相同的、任何电磁波在真空中都具有相同的（）(A)(A)频率频率 (B)(B)波长波长 (C)(C)波速波速 (D)(D)能量能量C6同步卫星可与地面传播无线电话，同步卫星可与地面传播无线电话，则说完话后至少多长时间才能听到对方则说完话后至少多长时间才能听到对方的回话？（卫星到地球上两通话处的距的回话？（卫星到地球上两通话处的距离都看作卫星高度，并设对方听完话后离都看作卫星高度，并设对方听完话后立即回话。已知：地球质量为立即回话。已知：地球质量为M，地球，地球半径为半径为R，地球自转周期为，地球自转周期为T）分析与解答：根据题意可知，必须先求出地球同步卫星的高度h，设同步卫星距离地球球心为.
