1、第4节 电磁波的发现及应用第十三章电磁感应与电磁波初步课标定位课标定位1 1、理解麦克斯韦电磁理论的两个要点。、理解麦克斯韦电磁理论的两个要点。2 2、了解电磁波的形成。掌握波长、频率和波速、了解电磁波的形成。掌握波长、频率和波速的关系。的关系。3 3、知道电磁波与机械波的区别。、知道电磁波与机械波的区别。素养阐释素养阐释1 1、物理观念：电磁波物理观念：电磁波2 2、科学思维：通过实例认识电磁波谱，了解、科学思维：通过实例认识电磁波谱，了解电磁波的发现对人类文明的影响，体会科学家电磁波的发现对人类文明的影响，体会科学家研究物理问题的思维方法。研究物理问题的思维方法。引入引入麦克斯韦是继法拉第
2、之后，集电磁学大成的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、伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和毕奥、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，实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，奠定了现代光、电、磁现象的本质的统一性，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。麦克斯韦麦克斯韦1 1、变化的磁场产生电场、变化的磁场
3、产生电场一、电磁场一、电磁场当穿过螺线管的当穿过螺线管的磁场随时间变化磁场随时间变化时，上面的线圈时，上面的线圈中产生感应电动中产生感应电动势，引起感应电势，引起感应电流使灯泡发光。流使灯泡发光。问题思考问题思考（1）线圈中产生感应电动势说明了什么？）线圈中产生感应电动势说明了什么？麦克斯韦认为：麦克斯韦认为：变化的磁场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(涡涡旋电场旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。（2）如果用不导电的如果用不导电的塑料线塑料线绕制线圈，线圈中还会有电场吗？绕制线圈，线圈
4、中还会有电场吗？还会有电流吗？还会有电流吗？答：有电场，答：有电场，无电流。无电流。（3）假如线圈不存在时，线圈所在处的空间还存在电场吗？假如线圈不存在时，线圈所在处的空间还存在电场吗？电磁场理论主要结论一：电磁场理论主要结论一：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现即这是一种普遍存在的现象，象，跟闭合电路是否存在无关。跟闭合电路是否存在无关。结论一：变化的磁场产生电场结论一：变化的磁场产生电场第二种现象：第二种现象：变化的电场周变
5、化的电场周围小磁针发生围小磁针发生摆动摆动2变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场-麦克斯韦的预言麦克斯韦的预言麦克斯韦经过反复思考提出假设：变化麦克斯韦经过反复思考提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。可见：变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个可见：变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。不可分离的统一场，这就是电磁场。结论二：变化的电场产生磁场结论二：变化的电场产生磁场【课堂反馈课堂反馈1】按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说
6、法中正确按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（的是（）A 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D D二、电磁波二、电磁波1.1.电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。这种变化的电磁场在空间以一定的速
7、度传播的过程叫做电磁波。B BB BE EE EE EE E非均非均匀变匀变化的化的磁场磁场变化电场变化电场若是均匀若是均匀变化变化稳定稳定磁场磁场不再不再激发激发若非均匀若非均匀变化变化变化变化磁场磁场若是均若是均匀变化匀变化稳定电稳定电场场若非均若非均匀变化匀变化2、电磁波形成示意图：、电磁波形成示意图：激发激发激发激发激发激发激发激发3、电磁波的特点：、电磁波的特点：（1 1）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的）电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波方向传播，所以电磁波是横波。E EB B V V 波速：波速：v=/T=f（3）电
8、磁波的电磁波的频率由振源决定频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中，同一电磁波在不同介质中传播，传播，v和和变化，变化，v介介c（2）电磁波可以在电磁波可以在真空真空中中传播速度等于光速传播速度等于光速c=310 8m/s（5）电磁波具有波的共性，能发生电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应多普勒效应和和偏振偏振现象。现象。（6）电磁波有电磁波有能量能量。（4）不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，越高，v越越小；小；f越低，越低，v越大越大4.1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波年，赫兹通过实验捕捉
9、到了电磁波麦克斯韦英年早逝，未能见到科学麦克斯韦英年早逝，未能见到科学实验对电磁场理论的证明。赫兹最实验对电磁场理论的证明。赫兹最大贡献是用实验证实了电磁波的存大贡献是用实验证实了电磁波的存在。开创了无线电子技术的新纪元在。开创了无线电子技术的新纪元.赫兹被誉为无线电通信的先驱。人赫兹被誉为无线电通信的先驱。人们为了纪念他，以他的名字作为频们为了纪念他，以他的名字作为频率的单位，简称率的单位，简称“赫赫”。比赫兹实验早七年，戴维也接收到了电磁波信号，随即向英比赫兹实验早七年，戴维也接收到了电磁波信号，随即向英国皇家协会会长国皇家协会会长G斯托克斯汇报，但斯托克斯汇报，但会长会长认为这是普通的电
10、磁认为这是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，使他的发现被埋没了。感应现象，戴维过于迷信权威，使他的发现被埋没了。科学趣闻科学趣闻现象：现象：当感应圈两个金属球当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。个小球间也跳过了火花。【课堂检测课堂检测2】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（）A A、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、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电磁波传播形成电磁波B B、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、振荡电场和振荡磁场互相激发，由
11、产生处向远处传播形成电磁波波C C、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、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相垂直D D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象BCD三、电磁波谱三、电磁波谱1.1.波长、频率和波速波长、频率和波速cfcT即即:或或电磁波在真空中的速度电磁波在真空中的速度 c c=3=310108 8m/sm/s(1)(1)波长波长:相邻的两个波峰相邻的两个波峰(或波谷或波谷)之间的距离之间的距离(单位单位:m):m)(2)(2)频率频率:在在1s1s内传播完整波长的个数内传播完整波长的个数
12、(3)(3)波速波速:用来描述波传播快慢的物理量三者关系：波速用来描述波传播快慢的物理量三者关系：波速=波长频率波长频率v v 2 2、电磁波谱、电磁波谱 按电磁波的波长或频率的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱。按电磁波的波长或频率的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱。由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线合射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱。起来构成范围非常广阔的电磁波谱。无线电波无线电波无线电波：波长大于无线电波：波长大于1mm1mm（频率小于（频率小于300GHz)300GHz)的电磁波的电磁波用途：通信、广播和天体物理研究等。用途：
13、通信、广播和天体物理研究等。红外线红外线红外线主要作用是红外线主要作用是热作用热作用，可以利用红外线来加热物体和进行，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感。红外线遥感。紫外线紫外线紫外线主要作用是紫外线主要作用是荧光效应荧光效应/化学作用化学作用，可用来验钞、杀菌和消毒。，可用来验钞、杀菌和消毒。伦琴射线伦琴射线伦琴射线有较强的伦琴射线有较强的穿透本领穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷。进行对人体的透视和检查部件的缺陷。射线射线 射线射线的的穿透本领更大穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，在工业和医学
14、等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用测厚或用 刀进行手术刀进行手术【课堂反馈课堂反馈3】电磁波包含了电磁波包含了 射线、红外线、紫外线、无线电波等，射线、红外线、紫外线、无线电波等，按波长由长到短的排列顺序是按波长由长到短的排列顺序是()A.A.无线电波、红外线、紫外线、无线电波、红外线、紫外线、射线射线B.B.红外线、无线电波、红外线、无线电波、射线、紫外线射线、紫外线C.C.射线、红外线、紫外线、无线电波射线、红外线、紫外线、无线电波D.D.紫外线、无线电波、紫外线、无线电波、射线、红外线射线、红外线A A四、电磁波的能量四、电磁波的能量例：我们可以利用微波对食物进行加热，光是例：我们可以
15、利用微波对食物进行加热，光是一种电磁波，太阳光照射到我们身上，我们热一种电磁波，太阳光照射到我们身上，我们热起来，收音机能够受到广播电台的声音，因为起来，收音机能够受到广播电台的声音，因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流。这些现象都说明电磁波具有能量电流。这些现象都说明电磁波具有能量 。1.1.电磁波是一种客观存在的物质。电磁波是一种客观存在的物质。2.2.电磁波具有能量电磁波具有能量 。五、电磁波通信五、电磁波通信移动通信设备极大的方便了我们的联系。移动通信设备极大的方便了我们的联系。电磁波与我们的生活电磁波与我们的生活电视台通过电磁波，将
16、精彩的电视节目展现给我们。电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给我们。卫星电话卫星电话课堂小结课堂小结一、电磁场一、电磁场二、电磁波二、电磁波三、电磁波的能量三、电磁波的能量麦克斯韦理论麦克斯韦理论:四、电磁波通信四、电磁波通信 形成形成 特点特点 电磁波谱电磁波谱 关系：关系：变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场【课堂检测课堂检测1】(多选多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是正确的是()A.A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.B.工作时的电磁打点计时器
17、周围必有磁场和电场工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场D.D.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波磁波AB【课堂检测课堂检测2】(多选多选)电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是电磁波与声波比较，下列叙述中正确的是()A.A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B.B.由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C.C.由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D.D.电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关ABCABC【课堂检测课堂检测3】无线电波的中波波长范围为无线电波的中波波长范围为2002003 000 m3 000 m。求该波段。求该波段的频率范围。的频率范围。
