資源簡介

(共33張PPT)
第十三章 電磁感應與電磁波初步
第4節 電磁波的發現及應用
課堂引入
古時用點燃煙火傳遞重要消息。白天施煙，夜間點火，臺臺相連——烽火臺。
古時候往往要等上很久才能進行一次信息交流，只有最緊急的事才會用到八百里加急。
課堂引入
為了更好地傳遞信息，在古代神話小說里就出現了"順風耳和千里眼"。
電視塔
如今，電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動通信等通信方式，使古代人“順風耳、千里眼”的夢想變成了現實。
移動通信基站
太空授課
課堂引入
電磁波是如何產生的呢？
歷史足跡——電磁學領域的大咖
庫侖
安培
一、電磁場
奧斯特
法拉第
法拉第發現電磁感應的那年，一位科學巨星在英國愛丁堡誕生了，他就是——麥克斯韋。
麥克斯韋是繼法拉第之后，依據庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發現和實驗成果，建立了第一個完整的電磁理論體系，不僅科學地預言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現象的本質的統一性，完成了物理學的又一次大綜合。
麥克斯韋
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英國物理學家
一、電磁場
電磁感應現象：在變化的磁場中放入一個閉合的導體回路，閉合導體
回路中就產生感應電流。
電流
電荷的定向移動
電場
閉合導體回路
變化的磁場
麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅使自由電子做定向的移動，引起了感應電流。
一、電磁場
思考：如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？
有電場、無電流
想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？
有！
一、電磁場
總結：麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產生電場，即這是一種普遍存在的現象，跟閉合電路是否存在無關。
麥克斯韋經過反復思考提出假設：變化的電場也相當于一種電流，也在空間產生磁場，即變化的電場在空間產生磁場。
既然變化的磁場能夠在空間產生電場，那么，變化的電場能不能在空間產生磁場？
一、電磁場
變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的，它們形成一個不可分離的統一場，這就是電磁場。
B
B
E
E
E
E
一、電磁場
它既不是電場也不是磁場，更不是電場和磁場的疊加，而是電場和磁場相互依賴，形成不可分割的整體。
偉大的預言——空間可能存在電磁波
變化的電場和磁場交替產生，由近及遠地向周圍傳播。
變化
的電場
變化
的磁場
變化
的電場
新的電場和磁場
二、電磁波
空氣、水，是聲波和水波傳播的介質。電磁波可以在真空中傳播，不需要介質。
二、電磁波
1.電磁波的傳播
電磁波的傳播速度等于光速，光是以波動形式傳播的一種電磁振動——光是一種電磁波。
2.電磁波的傳播速度
二、電磁波
3.赫茲證實了電磁波的預言
1886年，赫茲通過實驗捕提到了電磁波，證實了麥克斯韋的電磁場理論，為無線電技術的發展開拓了道路。
二、電磁波
赫茲的電火花
現象：當感應圈兩個金屬球間有火花跳過時，立刻產生一個交變電磁場，形成電磁波在空間傳播，經過導線環時激發出感應電動勢，使得導線環中也產生了火花。
二、電磁波
微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發現了。
二、電磁波
赫茲的電火花
做一做
捕捉電磁波
激發
電磁波形成示意圖：
非均勻變
化的磁場
變化電場
若是均勻變化
穩定磁場
不再激發
若非均勻變化
變化磁場
若是均勻變化
穩定電場
若非均勻變化
激發
激發
激發
二、電磁波
電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。 E⊥B ⊥V
在一列水波中，凸起的最高處叫作波峰;凹下的最低處叫作波谷。鄰近的兩個波峰（或波谷）的距離叫作波長。在1s內有多少次波峰（或波谷）通過，波的頻率就是多少。水波不停地向遠方傳播，用來描述波傳播快慢的物理量叫作波速。
1.波的特性
v
λ
波峰
波谷
三、電磁波譜
2.波速、波長、頻率的關系
波速：v=λ/T=λf
（2）電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質中傳播，v和λ變化，v介（1）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c=3×10 8m/s；
（4）電磁波具有波的共性，能發生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應和偏振現象；
（3）不同電磁波在同一介質中傳播，速 度不同，f越高，v越小；f越低，v越大；
3.電磁波的特點
三、電磁波譜
電磁波的頻率范圍很廣。無線電波、紅外線、可見光、紫外線、倫琴射線、γ射線都是電磁波。可見光只是電磁波中的一小部分。按電磁波的波長或頻率大小的順序把它們排列起來,就是電磁波譜。
三、電磁波譜
（1）無線電波：波長大于1mm，分為長波、中波、短波和微波，主要用于無線電通訊；
（2）紅外線：波長比無線電波短，比可見光長，所有的物體都在不停地發射紅外線，主要用于遙感、加熱；
三、電磁波譜
（3）可見光：波長在700nm~400nm，分為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種，可被視網膜感知；
三、電磁波譜
（4）紫外線：波長在400nm~5nm，有較高的能量。可用于滅菌消毒，熒光效應等；
（5）X射線：波長比紫外線更短，有比紫外線更高的能量，有較強的穿透作用，可用于透視、檢查金屬內部缺陷。
（6）γ射線:波長比X射線更短，頻率非常高。有很高的能量和很強的穿透作用，可用于檢查金屬內部缺陷。
1. 電磁波具有能量
2. 電磁波是一種物質
3. 光是一種電磁波，光具有能量
風扇
波導管
磁控管
控制面板
屏蔽網
門
四、電磁波的能量
赫茲通過實驗證實了電磁波的存在,這意味著,電磁場不僅僅是一種描述方式,而且是真正的物質存在。
生活中常用微波爐來加熱食物,食物增加的能量是微波給它的,可見,電磁波具有能量。
電磁波攜帶信息，既可以有線傳播，也可以無限傳播。
電信網、廣播電視網、互聯網、衛星寬帶通信網絡
五、電磁波通信
五、電磁波通信
萬物互聯的全新時代
五、電磁波通信
電磁波的發現過程
“磁生電”
赫茲檢測到了電磁波，測出電磁波波速等于光速。
麥克斯韋猜想與假設：
1 . 變化的磁場產生電場
“電生磁”
2 . 變化的電場產生磁場
麥克斯韋預言了電磁波的存在預言光是一種電磁波
課堂小結
能量通信
1. 電磁波具有能量
2. 電磁波是一種物質
電磁波譜
波速：v=λ/T=λf
【典例1】按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（ ）
A、恒定的磁場在周圍產生恒定的電場
B、變化的磁場在周圍產生變化的電場
C、均勻變化的磁場在周圍產生均勻變化的電場
D、均勻變化的磁場在周圍產生恒定的電場
典例分析
【正確答案】D
【典例2】下列各組電磁波，按波長由長到短排列正確的是（ ）
A.紫外線、可見光、紅外線、 γ射線
B.可見光、紅外線、紫外線、 γ射線
C.γ射線、紅外線、紫外線、可見光
D.紅外線、可見光、紫外線、 γ射線
典例分析
【正確答案】D
【典例3】（多選）下列關于電磁波的說法中正確的是（ ）
A.只要電場和磁場發生變化，就能產生電磁波
B.電磁波傳播需要介質
C.停止發射電磁波，發射出去的電磁波仍能獨立存在
D.電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的
典例分析
【正確答案】CD
點撥：如果電場（或磁場）是均勻變化的，產生的磁場（或電場）是恒定的，就不能產生新的電場（或磁場），也就不能產生電磁波。電磁波不同于機械波，它的傳播不需要介質。
【典例4】電磁場理論預言了什么（ ）
A.預言了變化的磁場能夠在周圍空間產生電場
B.預言了變化的電場能夠在周圍空間產生磁場
C.預言了電磁波的存在,電磁波在真空中的傳播速度為光速
D.預言了電能夠產生磁,磁能夠產生電
典例分析
【正確答案】C
【典例5】（多選）關于電磁波，下列說法中正確的是（ ）
A.均勻變化的電場和均勻變化的磁場互相激發，由產生處向遠處傳播形成電磁波
B.振蕩電場和振蕩磁場互相激發，由產生處向遠處傳播形成電磁波
C.電磁波的振蕩電場和振蕩磁場方向互相垂直，且與傳播方向互相垂直
D.電磁波能夠發生反射、干涉、衍射、偏振現象
典例分析
【正確答案】BCD

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