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第六章 電磁現象與電磁波
第4節 電磁波及其應用
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。
那么，電磁波是怎樣發現的呢？
1.了解人類發現電磁波的歷史，知道麥克斯韋的電磁場理論
2.知道電磁波是如何形成的，通過觀察生活中的現象，進一步了解電磁波。
3.了解電磁波物質性。
4.了解電磁波譜中各波段的主要特性及其在科技、經濟和社會信息化等方面的主要應用。知道可見光是電磁波譜家族中的一個頻段。
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。這一理論自然科學的成果，奠定了現代的電力工業、電子工業和無線電工業的基礎。
韋伯穿過一個又一個歐姆。把回音帶給──“我是你忠實而又真誠的法拉，充電到一個伏特，表示對你的愛。——麥克斯韋
麥克斯韋（J.C.Maxwell,1831—1879)
英國物理學家。
法拉第發現了電磁感應現象，麥克斯韋進一步想到：既然產生了感應電流，一定是有了電場，它促使導體中的自由電荷定向移動；即使在變化的磁場中沒有閉合電路，同樣會在空間產生電場，即變化的磁場產生電場。
麥克斯韋　1831-1879
變化的磁場
渦旋電場
閉合電路
感應電流
一、電磁場
麥克斯韋確信自然規律的統一性與和諧性，他大膽的假設：變化的電場會像導線中的電流一樣，會在空間產生磁場，即變化的電場產生磁場。
一、電磁場
2 . 變化的電場產生磁場
1 . 變化的磁場產生電場
3 . 變化的電場和磁場總是相互聯系的，形成一個不可分割的統一的電磁場。
麥克斯韋電磁場理論：
一、電磁場
1 恒定的電場不產生磁場 恒定的磁場不產生電場
2 均勻變化的電場在周圍空間產生恒定的磁場 均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場
3 不均勻變化的電場在周圍空間產生變化的磁場 不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場
4 振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場 振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場
對麥克斯韋電磁理論的理解
一、電磁場
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
空間可能存在電磁波
電場
電場
電場
磁場
電場
周期性變化的電場
磁場
電場
電磁波的產生：變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波
二、電磁波
1 . 麥克斯韋偉大的預言——空間可能存在電磁波。
電磁波的傳播速度等于光速；預言光是一種電磁波。
3 . 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；
測出電磁波傳播速度與光速相同，證實了光是電磁波。
電磁波的產生：變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波
2 . 電磁波的傳播不需要介質，依靠的是電場和磁場的相互“激發”
二、電磁波
實驗1：打開收音機的開關，轉動選臺旋鈕，使收音機收不到電臺的廣播. 然后開大音量. 如圖6-4-1所示，在收音機附近，將一根導線的一端連接電池的一個電極，另一端反復碰觸電池的另一電極，會發現什么現象 為什么會產生這種現象
當導線另一端反復碰觸電池的另一電極時，收音機會發出“喀喀”聲.這是因為在導線與電池電極反復碰觸過程中，電路中有迅速變化的電流，即產生了變化的電場，變化的電場又產生了變化的磁場，電磁場向四周傳播形成了電磁波，對收音機所接收到的電磁波產生了干擾.
二、電磁波
實驗2：打開電風扇，將它靠近收音機，又會發現什么現象 為什么
將轉動的電風扇靠近收音機同樣會聽到收音機發出“喀喀”聲，這是由于電風扇中電動機使用的是交變電流，變化的電流產生的電磁波對收音機產生干擾.
實驗3：將收音機調至可以收聽廣播電臺的頻道，在聽到清晰的廣播電臺播音后，把收音機放進一只紙質的盒子里，蓋緊紙盒的蓋子，觀察收音機是否還能收到廣播.
將收音機放進緊蓋蓋子的紙盒中，同樣能夠聽到清晰的廣播電臺播音，表明紙盒并不能屏蔽電磁波.
實驗4：取一個鋁飯盒，將正在清晰播音的收音機放入其中，蓋緊飯盒蓋子，再次觀察會出現什么現象.
當蓋緊鋁飯盒的蓋子后，貼近鋁飯盒聽不到清晰的廣播電臺的播音，而只能聽到雜音，這說明鋁飯盒對廣播電臺發出的電磁波產生了屏蔽效果. 我們在高層建筑的地下層，有時接收不到廣播電臺的信號也是同樣的道理.
1．波長、頻率和波速
（1）波長：相鄰的兩個波峰(或波谷)之間的距離作波長。符號：λ
單位：m。
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。
波長
波長
三、電磁波譜
（2）頻率：在1 s內有多少次波峰或波谷通過，波的頻率就是多少，用f表示。
單位：赫茲（Hz） 千赫（kHz） 1KHZ=1000HZ
兆赫（MHz）1MHZ=1000KHZ
（3）波速、波長、頻率三者之間的關系是：波速＝波長 × 頻率
如果用λ表示電磁波的波長，f表示它的頻率：c＝λ f
電磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。
三、電磁波譜
2.電磁波譜
長波 中波 短波
紅外線
紫外線
X射線
γ射線
微波
可見光
無線電波
波長/m
102
10
10-2
10-4
10-6
10-8
10-10
10-12
收音機 電視 紅外線理療儀 紫外線消毒燈 X 射線膠片 伽馬刀
（1）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
（2）電磁波的頻率范圍很廣，無線電波、紅外線、可見光、紫外線、 X射線、 γ射線，都是電磁波。它們的波長越來越短，頻率越來越高。①無線電波：長波、中波、短波可以用于廣播及其他信號的傳輸，微波可以用于衛星通信、電視等的信號傳輸。
②紅外線可以用來加熱理療，所有物體都會發射紅外線；物體的紅外輻射跟溫度有關。
應用：紅外體溫計、紅外夜視議、紅外攝影、紅外遙感技術等。
三、電磁波譜
③可見光
可見光讓我們看見這個世界，也可以用于通信。作用：引起人眼視覺。
④紫外線
紫外線可以消毒，紫外線看不見。消毒燈、驗鈔機燈除發出紫外線外，還發出少量紫光和藍光。
⑤x射線和γ射線
x射線用于人體檢查如CT掃描；x射線用于金屬缺陷探測、安全檢查等；γ射線可以治療某些癌癥，也可用于金屬缺陷探測等。
三、電磁波譜
1 . 電磁場具有能量
微波爐
光壓現象
2 . 電磁場具有質量
3 .電磁場和電荷系統相互作用時遵守動量守恒定律和能量守恒定律
電磁場具備物質的各類性質，是物質存在的基本形態之一
四、電磁場的物質性
通常電視廣播使用微波傳送電視信號．微波只能沿直線傳播
1、電視廣播
五、電磁波的應用
雷達工作時使用的是微波
2、雷達
3.移動電話
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
2. （多選）“中國天眼”位于貴州的大山深處，是500m口徑球面射電望遠鏡（FAST）。它通過接收來自宇宙深處的電磁波，探索宇宙。下列關于電磁波的說法正確的是（　　）
A．電磁波在任何介質中傳播速度均為
B．紅外線的波長比紫外線大
C．麥克斯韋認為均勻變化的電場能激發出變化的磁場，空間將產生電磁波
D．赫茲通過實驗捕捉到電磁波，證實了麥克斯韋的電磁理論
BD
3．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
3．中國航天員在天宮一號空間實驗室上成功進行了太空授課。已知天宮一號空間實驗室軌道半徑為 6740 km ，地球半徑為 6400 km，試計算航天員講課的實時畫面從天宮一號空間實驗室發至地面接收站，最少需要多少時間？
答：空間實驗室距地面接收站的最短距離 x＝(6740－6400) km＝340 km ，電磁波的傳播速度為 c ，故傳播的最短時間 t＝＝1.13×10-3 s 。
4．中國航天員在天宮一號空間實驗室上成功進行了太空授課。已知天宮一號空間實驗室軌道半徑為 6740 km ，地球半徑為 6400 km，試計算航天員講課的實時畫面從天宮一號空間實驗室發至地面接收站，最少需要多少時間？
課堂小結
一、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
二、電磁波譜及其應用
通過對電磁波譜的學習，我們了解了電磁波的主要特征及其物質性和其在科技、經濟和社會信息化等方面的主要應用。

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