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第三章 電磁場與電磁波初步
3.4電磁波的發現及應用
教科版（2019）高中物理必修第三冊
目 錄
1
2
3
4
新課導入
學習目標
新課講解
經典例題
5
課堂練習
6
課堂小結
電磁波與我們的生活息息相關。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。為什么電磁波能得到這樣的廣泛的應用？它與機械波有何不同？最初電磁波是如何被發現的呢？
學習目標
1. 了解麥克斯韋電磁場理論，知道電磁場的概念。
2. 知道電磁波的特點，掌握電磁波波長、頻率、波速之間的關系。
3. 知道電磁波譜中各種電磁波的排列順序，了解各種電磁波的應用，了解電磁波的能量。
一、電磁場
1.麥克斯韋電磁場理論
(1)變化的磁場產生電場
①在變化的磁場中放入一個閉合電路，由于穿過
電路的磁通量發生變化，電路中會產生感應電流.
這個現象的實質是變化的磁場在空間產生了電場.
②即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣會在空間產生電場.
(2)變化的電場產生磁場
變化的電場就像導線中的電流一樣，也在空間產生磁場，即變化的電場在空間產生磁場.
2.電磁場：變化的電場和磁場所形成的不可分割的統一體.
對麥克斯韋電磁場理論的理解
恒定的磁場不產生電場 恒定的電場不產生磁場
均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場 均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場
不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場 不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場
周期性變化的磁場在周圍空間產生同頻率的周期性變化的電場 周期性變化的電場在周圍空間產生同頻率的周期性變化的磁場
激發
電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發”，所以不需要介質，可以在真空中傳播。
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、電磁波和電磁波譜
1．(1)麥克斯韋的偉大預言：周期性變化的電場引起周期性變化的磁場，這個變化的磁場又引起新的變化的電場，這樣變化的電場和變化的磁場交替產生，由近及遠地向周圍傳播，形成電磁波。
(2)電磁波可以在真空中傳播，因為電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發”，不需要傳播介質。
說明　電磁波傳播雖然不需要介質，但它也可以在其他介質如光纖中傳播，且速度都比在真空中的小。
(3)光的電磁理論：光是以波動形式傳播的一種電磁振動，電磁波在真空中的傳播速度等于光速，即c＝3×108 m/s。
(4)赫茲的貢獻：1886年，德國科學家赫茲通過實驗捕捉到了電磁波，證實了麥克斯韋的電磁場理論。
(5)電磁場中儲存著能量，電磁波的發射過程就是輻射電磁能的過程。
2．波長、頻率與波速之間的關系
(1)波速＝波長×頻率，即c＝λf。
(2)頻率由波源決定，與介質無關，而波長、波速的大小與介質有關，所以同一電磁波在不同介質中傳播時，頻率不變，波速、波長發生改變。
(3)不同頻率的電磁波在同一介質中傳播時，傳播速度不同。
真空中：波長越大，頻率越小!
波速 : c
波長 : λ
頻率 : f
電磁波
(1)概念：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。
(2)各種電磁波按波長由大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
3.電磁波譜
4．不同電磁波的特性和用途
種類 波長范圍 特性 應用
無線電波 大于1 mm 波動能力強 通信、廣播、射電望遠鏡
紅外線 760～106 nm 熱作用強 烘干、紅外遙感、測溫、夜視儀
可見光 400～760 nm 感光性強 照明、照相
紫外線 10～400 nm 化學作用、熒光作用 消毒、熒光效應、促使人體合成維生素D
X射線 0.001～10 nm 較強的穿透能力 透視人體、檢查金屬零件的質量
γ射線 小于10－3 nm 穿透能力最強 醫學上的γ刀技術、探測金屬內部的缺陷
三、電磁波的應用
通過前面的學習我們知道電磁波無處不在，生活中常常用微波爐、紅外烤箱加熱或烤制食物，電磁波可以使氖炮發光，陽光使我們變得溫暖，這些都說明電磁波具有能量。
雖然除了可見光之外的電磁波我們都看不到，但是它們是真實存在的物質，是場物質，是實物粒子之外的另外一種存在形式。
微波爐
1 . 電磁波具有能量。
2 . 電磁波是一種場物質。
中國天眼FAST
3．電磁波通信
(1)傳播途徑
電磁波攜帶的信息，既可以有線傳播，也可以無線傳播。
有線傳播利用金屬導線、光纖等有形媒介傳送信息，如臺式電腦、電話等。
無線傳播僅利用電磁波而不通過線纜傳遞信息，如收音機、手機、GPS、無線鼠標等。
(2)傳輸特點
電磁波的頻率越高，相同時間傳遞的信息量越大，由于光的頻率比無線電波的頻率高得多，因此光纜可以傳遞大量的信息。
光纜傳輸、電視、雷達、移動電話、因特網
典例分析
1.關于電磁波，下列說法中正確的是( )
A.變化的電場一定在周圍空間產生變化的磁場
B.麥克斯韋首先預言了電磁波的存在，赫茲最先用實驗證實了電磁波的存在
C.電磁波和機械波都依賴于介質才能傳播
D.各種頻率的電磁波在真空中以不同的速度來傳播
B
典例分析
例2、任何電磁波在真空中都具有相同的（ ）
A、頻率
B、波長
C、波速
D、能量
C
典例分析
3.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
D
典例分析
4．電磁波在空氣中傳播的速度是3×108，某廣播電臺發射的電磁波頻率為1161kHz，其波長最接近于（ ）
A．2.6×102 B．2.6×103
C．2.6×104 D．2.6×105
D
【詳解】根據c＝λf得 ，故選D
課堂練習
1.按照麥克斯韋電磁場理論，以下說法中正確的是（　　）
A．電場一定產生磁場，磁場一定產生電場
B．穩定的電場產生穩定的磁場，穩定的磁場產生穩定的電場
C．周期性變化的電場產生周期性變化的磁場，周期性變化的磁場產生周期性變化的電場
D．均勻變化的電場產生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場產生均勻變化的電場
C
課堂練習
2.關于電磁波譜，下列說法正確的是（　　）
A．紅外線的波長比無線電波的短
B．微波爐中使用的微波是黃光
C．人們在烤火時感受到溫暖，是因為皮膚正在吸收紫外線
D．電磁波不僅具有能量，而且可以攜帶信息。
AD
課堂練習
3．各種不同頻率范圍的電磁波按頻率由大到小的排列順序是（　　）
A．γ射線、紫外線、可見光、紅外線
B．γ射線、紅外線、紫外線、可見光
C．紫外線、可見光、紅外線、γ射線
D．紅外線、可見光、紫外線、γ射線
A
課堂練習
4．關于電磁波的應用，下列說法不正確的是（　　）
A．無線電波廣泛應用于通信和廣播
B．紅外線探測器能探測出物體的紅外輻射
C．適量的紫外線照射，對人體健康有益
D．因為射線穿透能力不強，不能用來檢查金屬內部傷痕
D
課堂小結
電磁波
的發現
及應用
一、電磁場
二、電磁波
三、電磁波譜
變化的電場產生磁場
變化的磁場產生電場
麥克斯韋提出電磁波理論
波速＝波長×頻率
變化的電場和磁場相互激發，向外傳播形成電磁波
赫茲通過實驗捕捉到電磁波
四、電磁波的能量 電磁波通信
電磁波的能量
電磁波通信
感謝觀看
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