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新人教版 必修三
第十三章 電磁感應(yīng)與電磁波初步
第四節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用
新課引入
如今，電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動(dòng)通信等通信方式，使古代人“順風(fēng)耳、千里眼”的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)
移動(dòng)通信基站
太空授課
那么，電磁波是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢
歷史足跡——電磁學(xué)領(lǐng)域的大咖
庫(kù)侖
安培
奧斯特
法拉第
法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的那年，一位科學(xué)巨星在英國(guó)愛丁堡誕生了，他就是——麥克斯韋。
學(xué)習(xí)任務(wù)一： 電磁場(chǎng)
麥克斯韋
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英國(guó)物理學(xué)家
學(xué)習(xí)任務(wù)一： 電磁場(chǎng)
麥克斯韋是繼法拉第之后，依據(jù)庫(kù)侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。
電流
電荷的定向移動(dòng)
電場(chǎng)
閉合導(dǎo)體回路
變化的磁場(chǎng)
麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種電場(chǎng)(渦旋電場(chǎng))在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動(dòng)，引起了感應(yīng)電流
麥克斯韋的觀點(diǎn) 1
學(xué)習(xí)任務(wù)一 ： 電磁場(chǎng)
既然變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，那么，變化的電場(chǎng)能不能在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)？麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，相信電場(chǎng)與磁場(chǎng)的對(duì)稱之美。
麥克斯韋的觀點(diǎn) 2
麥克斯韋經(jīng)過反復(fù)思考提出假設(shè)：變化的電場(chǎng)也相當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，即變化的電場(chǎng)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。
學(xué)習(xí)任務(wù)一 ： 電磁場(chǎng)
B
B
E
E
E
E
變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，它們形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。
它既不是電場(chǎng)也不是磁場(chǎng)，更不是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的疊加，而是電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互依賴，形成不可分割的整體。
學(xué)習(xí)任務(wù)一 ： 電磁場(chǎng)
不均勻變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生變化電場(chǎng)……于是，變化的電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播。
根據(jù)以上兩個(gè)基本論點(diǎn)，麥克斯韋進(jìn)一步推斷：
學(xué)習(xí)任務(wù)二 ： 電磁波
空氣、水，是聲波和水波傳播的介質(zhì)。電磁波可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)。
電磁波的傳播速度等于光速，光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)，即光是一種電磁波。電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c= 3×108m/s
學(xué)習(xí)任務(wù)二： 電磁波
赫茲證實(shí)了電磁波的預(yù)言
1886年，赫茲通過實(shí)驗(yàn)捕提到了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，為無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展開拓了道路。
學(xué)習(xí)任務(wù)二 ： 電磁波
學(xué)習(xí)任務(wù)二： 電磁波
做一做
c=λf
其中，電磁波在真空中的速度c = 3.0×108 m/s
電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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。
電磁波也會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等現(xiàn)象。
學(xué)習(xí)任務(wù)三： 電磁波譜
電磁波的頻率范圍很廣。無(wú)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(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列起來(lái),就是電磁波譜。
學(xué)習(xí)任務(wù)三 ： 電磁波譜
（1）無(wú)線電波：波長(zhǎng)大于1mm，分為長(zhǎng)波、中波、短波和微波，主要用于無(wú)線電通訊；
（2）紅外線：波長(zhǎng)比無(wú)線電波短，比可見光長(zhǎng)，所有的物體都在不停地發(fā)射紅外線，主要用于遙感、加熱；
（3）可見光：波長(zhǎng)在700nm~400nm，分為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種，可被視網(wǎng)膜感知；
（4）紫外線：波長(zhǎng)在400nm~5nm，有較高的能量。可用于滅菌消毒，熒光效應(yīng)等；
（5）X射線：波長(zhǎng)比紫外線更短，有比紫外線更高的能量，有較強(qiáng)的穿透作用，可用于透視、檢查金屬內(nèi)部缺陷。
（6）γ射線:波長(zhǎng)比X射線更短，頻率非常高。有很高的能量和很強(qiáng)的穿透作用，可用于檢查金屬內(nèi)部缺陷。
學(xué)習(xí)任務(wù)三： 電磁波譜
赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，這意味著，電磁場(chǎng)不僅僅是一種描述方式，而且是真正的物質(zhì)存在。
我們用微波爐加熱食物說(shuō)明電磁波具有能量；光是一種電磁波，同時(shí)光具有能量；收音機(jī)收到電臺(tái)的電磁波，感應(yīng)出了電流，說(shuō)明電磁波具有能量。
所有這些都表明電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)。
學(xué)習(xí)任務(wù)四 ： 電磁波的能量
電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以無(wú)線傳播。構(gòu)建衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，可以使人們無(wú)論身處萬(wàn)米高空的飛機(jī)，還是茫茫大海的輪船，甚至沒有人煙的荒漠、深山、海島，都能高速瀏覽網(wǎng)頁(yè)，與家人視頻通話等。
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和智能手機(jī)的出現(xiàn)，負(fù)責(zé)通話的電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相互滲透、相互兼容，逐步整合成為統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)電話的主要業(yè)務(wù)也已經(jīng)發(fā)展成為以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的信息服務(wù)。人們可以通過接入互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)看電影、聊天、購(gòu)物、查閱資料、視頻通話。這些信息都是通過電磁波來(lái)傳遞的。
學(xué)習(xí)任務(wù)五 ： 電磁波通信
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
【詳解】根據(jù)波長(zhǎng)公式得 ，解得
1．家用微波爐的微波頻率為 ，它的波長(zhǎng)是多少？
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
2．變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)形成不可分割的統(tǒng)一體——電磁場(chǎng)，它會(huì)由近及遠(yuǎn)地向外傳播，它的傳播需要介質(zhì)嗎？它傳播的速度是多少？
【詳解】依據(jù)電磁波的產(chǎn)生原理可以知道，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場(chǎng)，它會(huì)由近及遠(yuǎn)地向外傳播，它的傳播不需要介質(zhì)，它傳播的速度與光速相同即為 。
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
【詳解】根據(jù)運(yùn)動(dòng)公式得
3．中國(guó)航天員在天宮一號(hào)上成功進(jìn)行了太空授課（如圖）。已知天宮一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室軌道半徑為 ，地球半徑為 ，試計(jì)算航天員講課的實(shí)時(shí)畫面從天宮一號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室發(fā)至地面接收站，最少需要多少時(shí)間？
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè)
4．電焊作業(yè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的電焊弧光。焊接電弧溫度在 時(shí)，輻射出大量頻率為 的電磁波。根據(jù)波長(zhǎng)判斷，它屬于哪種電磁波？電焊工人作業(yè)時(shí)，需要佩戴專業(yè)的防護(hù)頭盔（如圖），這是為什么？
【詳解】根據(jù)可知 該電磁波屬于紫外線，紫外線能量較大，皮膚被照射時(shí)輕者會(huì)出現(xiàn)紅腫、疼癢、脫皮，重者甚至引發(fā)癌變，還會(huì)對(duì)眼睛造成極大的傷害，會(huì)引起結(jié)膜、角膜炎，長(zhǎng)期照射可能會(huì)引起白內(nèi)障等，所以電焊工人作業(yè)時(shí)，需要佩戴專業(yè)的防護(hù)頭盔。

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