13.4电磁波的发现及应用-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019必修第三册）

第4节 电磁波的发现及应用 人教版（2019） 物理（必修第三册） 张二朝 第十三章 电磁感应与电磁波初步 学习目标 1．了解麦克斯韦电磁场理论的内容。 2．知道电磁波的形成及赫兹的实验结论。 3．知道电磁波在真空中传播速度及波长、频率和波速的关系。 4．了解电磁波谱的组成及各种电磁波的特点、应用。 课堂引入 信息的传递在不同时代有着不同的方式与形式。 邮递员送信 　　电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是怎样发现的呢？ 课堂引入 一、电磁场 法拉第发现电磁波的那年，麦克斯韦在英国爱丁堡诞生了。 法拉第 麦克斯韦 一、电磁场 库仑定律 安培定则 分子电流假说等 1.前人研究成果 电流的磁效应 电磁感应现象等 库仑 奥斯特 安培 法拉第 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦 （James Clerk Maxwell） 一、电磁场 英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，其中有库仑、安培、奥斯特、 法拉第等人的奠基之功，更有他本人的创造性工作。在此基础上，他最终建立了经典电磁场理论。 他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。 一、电磁场 电磁感应现象表明，在变化的磁场中放入一个线圈，线圈中会有感应电流产生。那么，线圈中产生感应电流的本质是什么？ 如果在变化的磁场中没有线圈，还会有感应电流产生吗？还有电场存在吗？ 　　电路中产生电流的条件是导体中的自由电荷定向移动，要使自由电荷定向移动必然有电场存在，电磁感应的本质是磁场产生电场，电子在电场的作用下定向移动产生了电流。 　　不会产生感应电流，但电场还是存在的。 一、电磁场 既然变化的磁场能够产生电场，那么变化的电场能产生磁场吗？ 对称性 大胆假设 　　麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，他大胆的假设：变化的电场会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。 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。 一、电磁场 　　麦克斯韦是继法拉第之后，在前人理论的基础上建立了一套完善的电磁理论体系——麦克斯韦方程组，又称麦克斯韦电磁场理论。这一理论奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。 一、电磁场 电荷能激发电场，静电场是有源场 随时间变化的磁场激发电场 磁场是无源场，磁感应线是无头无尾的曲线，不存在自由磁荷 不但传导电流能激发磁场，而且随时间变化的电场也能激发磁场 麦克斯韦方程 二、电磁波 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 变化的电场和磁场相互联系， 形成一个统一的电磁场 周期性变化的电场，会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，由近及远地传播，形成电磁波。 电磁波的传播速度是光速! 光也是一种电磁波！ 1.麦克斯韦推断： 2.对麦克斯韦电磁场理论的理解： (1)恒定的电场不产生磁场。 (2)恒定的磁场不产生电场。 (3)均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。 (4)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场。 (5)周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。 (6)周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。 二、电磁波 　　我们熟悉声波和水波，耳朵能够听到声波是因为耳朵和声源之间有空气，水波的传播则需要水。空气、水是声波和水波传播的介质。水波和声波的传播都离不开介质。与这些波不同，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”。 二、电磁波 二、电磁波 鲁道夫・赫兹(1857~1894年) 德国物理学家 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，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。 赫兹于1888年发表了论文，在论文中阐述了电磁波的反射，折射，干涉，偏振和衍射等现象。并测量出电磁波和光有相同的速度。这样赫兹就证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。 二、电磁波 三、电磁波谱 1.波速、波长和频率三者之间关系 (1)在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰，如图中标示的A、A'；凹下的最低处叫作波谷，如图中标示的D、D'。临近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长，用λ表示。 (2)在1s内有多少次波峰(或波谷)通过，波的频率就是多少赫兹。用来描述波传播快慢的物理量叫作波速，波速、波长、频率三者的关系是 波速=波长×频率. 三、电磁波谱 2.电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是：c=λf，电磁波在真空中的传播速度：c=3×108 m/s.  3.电磁波的频率范围很广，按电磁波的波长或频率大小的顺序把各种电磁波排列起来,就是电磁波谱。 三、电磁波谱 从左到右，波长从大到小，频率从小到大！ 从左到右依次为无线电波，红外线、可见光、紫外线、x射线，伽马射线，可见光只是电磁波中的一小部分。不同的电磁波由于具有不同的频率，因此具有不同的特性。 三、电磁波谱 名称 波长 特点 应用 无线电波 大于1mm 长距离传播 通信、广播和天体物理研究 红外线 750nm～１×106nm 热作用 红外摄影、红外遥感技术 可见光 750nm～370nm 引起视觉 观察、照像 紫外线 5nm～370nm 荧光，化学作用，杀菌消毒 感光技术、医用消毒 伦琴射线 10－8m --10－12m 有较强的穿透能力 医学检查、安全检查 伽马射线 小于10－10m 具有很高的能量，更强的穿透能力 医学治疗γ刀，金属探伤 四、电磁波的能量 电磁波不仅仅是一种描述方式，而且是真正的物质存在。电磁波具有能量。 五、电磁波通信 卫星导航通信 军事雷达 　　电磁波能够携带信息，我们现代生活中各种信息通信网络都是在利用电磁波来传递信息的。航空航天中也是通过电磁波将遥远太空中的信息送回到地球的。 五、电磁波通信 手机通信 汽车自动驾驶 1．下列关于电磁场理论的叙述正确的是（　　） A．变化的磁场周围是否存在电场取决于是否有闭合电路 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．电场周围存在磁场，磁场周围存在电场 B 课堂小练 2．根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是（　　） A．振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场 B．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 C．在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场 D．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 A 课堂小练 课堂小练 3．英国物理学家麦克斯韦总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中正确的是（　　） A．变化的电场所在空间一定会产生变化的磁场 B．电磁波和机械波一样，它们的传播需要介质 C．电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式 D．红外线、可见光、紫外线、超声波都是电磁波 C 课堂小练 4．电磁波谱家族有众多的成员。关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（　　）   A．电磁炉是利用电磁波来工作的 B．微波炉是利用电磁波的能量来快速煮熟食物的 C．雷达是利用电磁波的反射来侦测目标的 D．夜视仪是利用红外线来帮助人们在夜间看见物体的 A 课堂小结 电磁波的发现和应用 赫兹的捕捉 伟大的预言 电磁波 B B E E E E 波速：v=λ/T=λf 电磁波谱 ①电磁波具有能量，是一种物质 ②电磁波必须是非均匀变化的电场或磁场激发 ③电磁波是 THANKS 谢谢 $$