13.4 电磁波的发现及应用 课件 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三 第十三章 电磁感应与电磁波初步 第四节 电磁波的发现及应用 讨论交流 古时用点燃烟火传递重要消息。白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台。 古时候人们信息交流很难，只有最紧急的事才会用到——八百里加急。 为方便传递信息，在古代神话小说里就出现的"顺风耳和千里眼"。 如今，电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。 电视塔 移动通信基站 太空授课 那么，电磁波是怎样发现的呢?又是如何产生的呢？ 一、电磁场 电磁波的发现过程 奥斯特 安培 法拉第 麦克斯韦 赫兹 奥斯特首先发现了电流的磁效应 安培进一步做了电和磁的研究工作 法拉第电磁感应现象并提出力线和场的概念 建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在，揭示了光、电、磁现象的本质，奠定了现代工业的基础。 利用电火花实验证实了电磁波的存在 麦克斯韦是继法拉第之后，依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。 英国物理学家麦克斯韦 （J.C.Maxwell,1831—1879) 麦克斯韦 伟大的猜想 1、变化的磁场产生电场 在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。 1.如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？ 讨论交流 有电场、无电流. 2.设想线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 有电场. 总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。 自由电荷要定向移动形成电流，就必须有电场；没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。 a.均匀变化的磁场产生恒定的电场 b.不均匀变化的磁场产生变化的电场（周期性变化的磁场产生周期性变化的电场） 2、变化的电场产生磁场 思考：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能在空间产生磁场？ 麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设∶变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。 a.均匀变化的电场产生恒定的磁场. b.不均匀变化的电场产生变化的磁场（周期性变化的电场产生周期性变化的磁场）. 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电1场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 麦克斯韦电磁场理论的要点 变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。 B B E E E E 它既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。 电磁场 二、电磁波 麦克斯韦的预言 麦克斯韦推断:如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么它就在空间引起周期性变化的磁场;这个变化的磁场又引起新的变化的电场,于是,变化的电场和变化的磁场交替产生,由近及远地向周围传播.一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波。 变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。 赫兹的实验 现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。 1886年，赫兹通过实验捕提到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。 赫兹的实验 微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。 非均匀变化的磁场和非均匀变化的电场相互激发，形成电磁波，由近及远地向周围空间传播。 电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波。 E⊥B ⊥V 电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等现象。 电磁波的传播 空气、水，是声波和水波传播的介质。电磁波可以在真空中传播，不需要介质。 电磁波的传播速度等于光速，光是以波动形式传播的一种电磁振动，即光是一种电磁波。 三、电磁波谱 1.描述波的物理量 在一列水波中凸起的最高处叫波峰;凹下的最低处叫波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。 波速、波长、频率的关系： v=λf c=λf 2.电磁波在真空中的速度: c = 3.0×108 m/s