第八章 电磁振荡与电磁波 汇总课件-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第二册

选修系列 第八章 电磁振荡与电磁波 1 主要内容 麦克斯韦电磁场理论 电磁波的产生与发射 电磁波的传播和接收 电磁波的应用 麦克斯韦提出电磁场理论，并且预言了电磁波的存在。电磁场理论既涉及电场，也涉及磁场，更包括电场和磁场的紧密联系。 奥斯特 法拉第 韦伯 安培 开尔文 亥姆霍兹 玻尔兹曼 高斯 毕奥 萨伐尔 统一电磁理论的 麦克斯韦方程组 麦克斯韦 英国 1831-1879 麦克斯韦电磁场理论 01 麦克斯韦电磁场理论 01 周期性变化的电场 周期性变化的磁场 …… 周期性变化的电场 周期性变化的磁场 电磁波传播需要介质吗？ 电磁波传播速度有多少？ 电场和磁场相互“激发”，传播不需要介质！ 电磁波的速度等于光速！ 变化的电场和磁场总是相互联系的， 形成一个不可分割的统一的电磁场。 麦克斯韦电磁场理论 01 赫兹 德国 1857-1894 证实的电磁波存在 麦克斯韦电磁场理论 01 用实验证实了电磁波的存在 实验证明电磁波和光波一样 能发生反射、折射、干涉、衍射等现象 测出了电磁波的传播速度正是光速 赫兹的实验成就 电磁波的产生与发射 02 经典电磁理论证明，一切具有加速度的电荷都会向外辐射电磁波。 种类 产生机理 无线电波 振荡电路中自由电子运动产生 红外线 原子外层电子受激发后产生的 可见光 紫外线 X射线 原子内层电子受激发后产生的 γ射线 原子核受激发后产生的 回路中电流的大小和方向都随时间做周期性的变化，该电流被称为振荡电流。能产生振荡电流的电路叫做振荡电路。像这种由电感器L 和电容器C 组成的电路叫做LC 回路，它是一种基本的振荡电路。 电磁波的产生与发射 02 每个振动系统都有由各自自身性质所决定的振动频率，叫做固有频率。 振荡电路的频率f 跟电感L 和电容C 的关系是 式中f、L、C 的单位分别是赫兹（Hz）、亨利（H）、法拉（F） 电磁波的产生与发射 02 研究表明，在电容器充、放电时，电容器内存在电场，贮存着电场能，电感器的线圈中存在磁场，贮存着磁场能。在振荡电路中产生振荡电流的同时，电场能和磁场能发生相应的周期性相互转化，这种现象叫做电磁振荡。 电磁波的产生与发射 02 - + 磁场 电场 电场 电场 电场 电场 磁场 磁场 磁场 向空间辐射电磁波 理论研究表明，电磁波在单位时间内辐射的能量与频率的四次方成正比。因此，要发送较强的电磁波，必须提高振荡频率，这样才能有效地将能量辐射出去。 电磁波的传播和接收 03 电磁波是波的一种形式，所以可用频率、波长、波速、振幅等来描述，但在本质上是完全不同的。机械波只能在弹性介质中传播，而电磁波却能在真空中以光速c=3×108m/s传播。电磁波在空气中的传播速度略小于光速c，但一般仍可按c计算。 电磁波的波长 λ 、波速 c 和频率 f 同样存在下列关系： 电磁波的传播和接收 03 研究表明，电磁波是横波，空间中任意一点的电场强度E 的方向和磁感应强度B 的方向总是互相垂直的，并且它们都和电磁波的传播方向垂直， 即 E⊥B ⊥v 根据麦克斯韦电磁场理论，光是按电磁波规律传播的一种电磁振荡 ——光是一种电磁波。 电磁波的传播和接收 03 无线电波的波长差别很大，其衍射和反射能力也各不相同，相应地有三种传播方式： 地波（地面传播），利用长波的衍射效应 天波（电离层反射传播），利用大气层对短波的反射效应 空间波（直线传播），利用空间卫星传输微波信号 波长逐渐变短 电磁波的传播和接收 03 对于机械振动，一个振动系统在周期性外力的驱动下产生受迫振动时，如果驱动力的频率和该系统的固有频率相同，就会发生共振，系统的振幅最大。与此相似，振荡电路接收外来电磁波产生振荡电流也是一种受迫振荡。当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大，这个现象叫做电谐振。 由于空中传播的不同频率的电磁波都会在接收天线上产生不同频率的振荡电流，要从这些电磁波中得到我们需要的信号就需要调谐。 改变振荡电路中的固有频率的技术叫谐调。 为了电磁波在传输过程的安全，有效，还需要对信号进行调制（调频or调幅）。 电磁波的传播和接收 03 电磁波的应用 04 电磁波是一个大家族，不同频率（波长）的电磁波组成了连续的电磁波谱。频率低的电磁波波长长，频率高的电磁波，波长短。 电磁波的应用 04 γ射线：是一种能量很大的光子流，穿透能力强。 电磁波的应用 04 X射线：对不同密度的物质有不同的穿透力 电磁波的应用 04 紫外线：能激发荧光作用、杀菌作用 电磁波的应用 04 红外线：显著的热效应、遥控器 电磁波的应用 04 微波：可以加热食物中的水分、宇宙空间通信 电磁波的应用 04 无线电波：地面无线通信的载体 电磁波的应用 04 种类 主要特性 产生机理 实例