6.4 电磁波及其应用 课件 -2024-2025学年高二上学期物理粤教版（2019）必修第三册

第六章 电磁现象与电磁波 电磁波及其应用 了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场、电磁波的概念 重点 2 3 1 知道电磁场的物质性和电磁波的特点 了解无线电波的应用 一、电磁场与电磁波 导入 1895年，马可尼利用电磁波成功实现了无线电通信，揭开了人类通信史上的新篇章。 今天Wi-Fi、5G等新的通信方式的出现又带来了电磁波应用的技术性革命，给我们的生活带来了巨大的影响。 无处不在的电磁波是如何产生和传播的？ 电磁感应现象：在变化的磁场中放入一个闭合的导体回路，闭合导体回路中就产生感应电流。 麦克斯韦认为：变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。 闭合回路中为什么能产生感应电流？ 麦克斯韦 如果线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 有电场 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。 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？ 麦克斯韦经过反复思考提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。 能产生磁场 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。 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。 变化的电场 变化的磁场 变化的电场 变化的磁场 变化的磁场 变化的电场 变化的电场 1.麦克斯韦电磁场理论 (1)_____的电场产生磁场。 (2)_____的磁场产生电场。 2.电磁场：变化的_____和变化的_____构成了一个不可分离的统一的场。 3.电磁波：变化的_______在空间中的传播形成了电磁波。 电磁场 变化 变化 电场 磁场 梳理与总结 4.电磁波的特点 (1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直。如图。 (2)电磁波可以在真空中传播。在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s。 (3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。 (即：振荡的电场、振荡的磁场） (4)对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf。 非均匀变 化的磁场 变化电场 若是均匀变化 稳定磁场 不再激发 若非均匀变化 变化磁场 若是均匀变化 稳定电场 若非均匀变化 激发 激发 激发 激发 B O E O t 正弦曲线 振荡磁场 振荡电场 E与B频率相同 激发 麦克斯韦电磁理论 (1)变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场。(　　) (2)各种频率的电磁波在真空中以不同的速度传播。(　　) (3)只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波。(　　) (4)电磁波传播需要介质。(　　) (5)赫兹用实验证实了电磁波的存在。(　　) × × × × √ 易错辨析 例1 (多选)下列关于电磁场理论的叙述正确的是 A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C.变化的电场和稳定的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D.电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 √ √ 例题 恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场 对麦克斯韦电磁场理论的理解 总结提升 例2 电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为 A.2.70 m B.270 m C.3.00 m D.3.33 m √ 例题 二、电磁场的物质性 光的物质性 1.微波炉利用电磁波加热食物，说明电磁场具有_____。 2.彗星尾是太阳光的光压压迫彗星尘埃物质形成的，表明电磁场具有与其他物质_________的属性。 3.电磁场因具有能量而具有运动_____。光压现象也说明电磁场具有质量。 4.电磁场和电荷系统相互作用时遵守_____守恒定律和_____守恒定律。 5.电磁场具有质量、能量，物质间可以相互作用，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，所以电磁场是一种_____。 能量 相互作用 质量 动量 能量 物质 梳理与总结 (1)电磁场由发生区域向远处的传播就是形成电磁波。(　　) (2)电磁场无法称重，没有质量。(　　) √ × 易错辨析 例3 (2024·广东省高二联考)关于电磁波，下列说法正确的是 A.金属盒不能屏蔽电磁波 B.在真空中的传播速度与其波长有关 C.微波炉利用的微波不属于电磁波 D.中国空间站利用电磁波与地面通信 √ 例题 三、电视广播、雷达、移动电话 1.电视信号 (1)电视图像和声音信号是通过电磁波传播的。 (2)电视广播使用_____传送电视信号。 微波 观察与思考 雷达系统的工作原理 2.雷达 (1)雷达是利用电磁波进行_____、_____的仪器。雷达主要由_____机、_____机和显示器组成。 (2)雷达工作时使用的是_____。 测距 定位 发射 接收 微波 3.移动电话 无线电话、无线对讲机、移动电话均是通过_______实现信号的发射与接收的。 手机之间的通信示意图 电磁波 4.电磁波谱 (1)电磁波谱：电磁波按频率由小到大顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。 从左到右，波长从大到小，频率由小到大 (2)不同频率的电磁波的比较 无线电波 红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线 主要应用 真空中的速度 频率 通信、广播 红外探测器、红外体温计 引起 视觉 灭菌、 消毒、 防伪 医学透视、安检 治疗疾病、金属探伤 c＝3×108 m/s 小→大 名称 特性 例4 关于电磁波谱及对一些应用的解释，下列说法中不正确的是 A.X射线对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变 B.紫外验钞机是利用紫外线的化学作用 C.红外遥感技术利用了一切物体都在不停地辐射红外线的特点 D.γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高 √ 例题 例5 雷达向远处发射无线电波，每次发射的时间是1 μs，两次发射的时间间隔为100 μs，在指示器的荧光屏上呈现出的尖形波如图所示，a和c处的尖形波是雷达向目标发射无线电波时出现的，b处的尖形波是雷达收到障碍物反射回来的无线电波时出现的，已知图中ab＝bc，光速c＝3×108 m/s，则障碍物与雷达之间的距离是多大？ 答案　7.5×103 m 电磁波及其应用 电磁场与电磁波 电磁波的应用 电磁场的物质性 电磁场具有能量 电磁场具有质量 作用时遵守动量守恒定律和能量守恒定律 电磁波谱 电视、雷达、手机通信 麦克斯韦电磁场理论 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 电磁场：相互激发的电场、磁场 电磁波：电磁场的传播 具有波的所有特征 变化的磁场产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，A正确； 周期性变化的磁场产生的电场一定也是周期性变化的，且频率相同，B正确； 周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互关联，形成电磁场，C错误； 只有变化的电场才能产生磁场，只有变化的磁场才能产生电场，D错误。 金属盒可以屏蔽电磁波，故A错误； 电磁波在真空中的传播速度为光速，与其波长无关，故B错误； 微波炉是利用微波的能量来加热食物的，是利用电磁波的能量特性进行工作的，故C错误； 中国空间站和地面之间存在真空层，所以只能采用电磁波通信，故D正确。 X射线具有较强的穿透能力，对生命物质有较强的作用，过量的X射线辐射会引起生物体的病变，故A正确； 紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应，故B错误； 红外遥感技术利用了一切物体都不停地辐射红外线的现象，从而通过接收到的红外线来感知物体，故C正确； γ射线是波长最短的电磁波，它比X射线的频率还要高，故D正确。 Lavf58.9.100 Lavf58.9.100 Lavf58.9.100 Lavf58.9.100 由ab＝bc可知，无线电波由发射到返回所用时间为t＝50 μs。设障碍物与雷达之间的距离为s，由2s＝ct，得s＝＝ m＝7.5×103 m。 根据c＝λf可得，λ＝ m≈3.33 m。 $$