13.4 电磁波的发现及应用 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

Impulse-Momentum 电磁波的发现及应用 第十三章 电磁感应与电磁波初步 知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系。 了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念。 02 01 重点 知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量。 03 重点 最紧急的事会用到——八百里加急 白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台 古人传递重要信息方式 情境导入 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"。 电视塔 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。 移动通信基站 太空授课 电磁波是如何产生的呢？ 01 电 磁 场 库仑 安培 奥斯特 法拉第 法拉第发现电磁感应的那年，一位科学巨星在英国爱丁堡诞生了，他就是——麦克斯韦。 历史上电磁学领域的大咖 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。 麦克斯韦 （J.C.Maxwell,1831—1879) 英国物理学家 麦克斯韦电磁场理论 1.变化的磁场产生电场 电流 电荷的定向移动 电场 闭合导体回路 变化的磁场 (1)在变化的磁场中放入一个闭合回路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流。这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场。 要点归纳 (2)即使在变化的磁场中没有闭合回路，也同样会在空间产生电场。 ↑ E B 要点归纳 2.变化的电场产生磁场 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。 要点归纳 电磁场 变化的电场和磁场相互联系，所形成的不可分割的统一体。 B B E E E E 要点归纳 根据电磁场理论可知，在稳定电场周围不会产生磁场，在稳定磁场周围不会产生电场；在均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，故A、B、C错误； 周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，故D正确。 1.关于电磁场理论，下列说法正确的是 A.在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场 B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变 化的电场 C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 √ 例题 对麦克斯韦电磁场理论的理解 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 总结提升 02 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，形成电磁波。 变化 的电场 变化 的磁场 变化 的电场 周期性变化的 电场和磁场 空间可能存在电磁波 麦克斯韦的伟大预言 要点归纳 电磁波的传播 电磁波可以在真空中传播，因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，不需要传播介质。 注意：电磁波传播虽然不需要介质，但它也可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。 要点归纳 光的电磁理论 光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c=3×108 m/s。 要点归纳 赫兹的贡献 1886年，科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。 要点归纳 波长、频率与波速之间的关系 v λ 波峰 波谷 1.波速：c==λf 2.频率由波源决定，与介质无关，而波长、波速的大小与介质有关，所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波长、波速发生改变。 3.不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。 要点归纳 (1)麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在。(　　) (2)电磁波依赖于介质才能传播。(　　) √ × 辨析 2.(2025·保定市高二期末)下列关于电磁波的叙述中，正确的是 A.电磁波的频率都相同 B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s C.麦克斯韦证实了电磁波的存在 D.电磁波具有波的一切特征 √ 不同的电磁波，频率可以不同，故A错误；电磁波只有在真空中传播时，其速度才为3×108 m/s，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；因为电磁波也是一种波，故电磁波具有波的一切特征，故D正确。 例题 3.(来自教材)可见光是一种电磁波，已知可见光在真空传播时的波长范围为400 nm到700 nm，请计算可见光的频率范围(已知真空中光速c=3× 108 m/s)。 答案　4.29×1014~7.5×1014 Hz 根据公式c=λf可知，光的频率f=，已知可见光在真空传播时的波长范围 为400 nm到700 nm，故光的最小频率为fmin= Hz≈4.29×1014 Hz 最大频率为fmax= Hz=7.5×1014 Hz 因此可见光的频率范围为4.29×1014~7.5×1014 Hz。 03 电 磁 波 谱 1.概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。 2.各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 电磁波谱 要点归纳 种类 波长范围 特性 应用 无线电波 大于1 mm 红外线 760~106 nm 可见光 400~760 nm 紫外线 10~400 nm X射线 0.001~10 nm γ射线 小于10-3 nm 不同电磁波的特性和用途 波动能力强 热作用强 感光性强 化学作用、荧光作用 较强的穿透能力 穿透能力最强 通信、广播、射电望远镜 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 照明、照相 消毒、荧光效应、 促使人体合成维生素D 透视人体、检查金属零件的质量 医学上的γ刀技术、 探测金属内部的缺陷 要点归纳 (1)过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康。(　　) (2)电磁波频率最大的是γ射线，医学上常用它进行人体透视检查。 (　　) (3)紫外线和X射线都可以使感光底片感光。(　　) √ × × 辨析 4.某广播电台发射“中波”段某套节目的信号，家用微波炉中的微波，VCD机中的激光(可见光)，人体透视用的X光，都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，则 A.f1>f2>f3>f4 B.f1<f2<f3<f4 C.f1<f3<f2<f4 D.f1>f3>f2>f4 √ 由电磁波谱排列知 广播电台发射的“中波”段某套节目的信号频率最低，其次是家用微波炉中的微波，频率较高的是VCD机中的激光(可见光)，频率最高的是人体透视用的X光，即f1<f2<f3<f4，B正确。 例题 5.(2024·长沙市高二期末)下列关于电磁波的说法正确的是 A.X射线穿透力较强，可用来进行人体透视 B.紫外线能在磁场中偏转，有很强的荧光效应，可用于防伪 C.麦克斯韦建立了电磁场理论并证实了电磁波的存在 D.红外体温计是依据体温计发射红外线来测量体温的 √ X射线穿透力较强，可用来进行人体透视，故A正确；紫外线有很强的荧光效应，可用于防伪，但不带电，不能在磁场中偏转，故B错误；麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故C错误；红外体温计是依据人体发射红外线来测量体温的，不是体温计发射红外线，故D错误。 04 电磁波的能量 电磁波通信 电磁波的能量 电磁波是物质存在的一种特殊形式 电磁波和我们学过的电场、磁场一样，是一种特殊的物质，不是由分子、原子所组成的，与通常的实物不同，但它是客观存在的。 微波炉加热食物 要点归纳 电磁波具有能量 从场的观点来看，电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波发射的过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。 太阳能热水器 要点归纳 电磁波通信 1.传播途径 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 有线传播利用金属导线、光纤等有形媒介传送信息，如台式电脑、电话等。 无线传播仅利用电磁波而不通过线缆传递信息，如收音机、手机、GPS、无线鼠标等。 卫星导航通信 手机通信 要点归纳 2.传输特点 电磁波的频率越高，相同时间传递的信息量越大，由于光的频率比无线电波的频率高得多，因此光缆可以传递大量的信息。 电磁波通信 要点归纳 6.5G是“第五代移动通信技术”的简称，目前世界各国正大力发展5G网络，5G网络使用的无线电波通信频率在3.0 GHz以上的超高频段和极高频段，比目前4G及以下网络(通信频率在0.3~3.0 GHz的特高频段)拥有更大的带宽和更快的传输速率。5G网络的传输速率(指单位时间传输的数据量大小)可达10 Gbps，是4G网络的50~100倍。关于5G网络使用的无线电波，下列说法正确的是 A.在真空中的传播速度更快 B.在真空中的波长更长 C.在真空中的波长与4G网络使用的无线电波相同 D.频率更高，相同时间传递的信息量更大 √ 例题 无线电波在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，A错误； 由c=λf，知频率变大，波长变短，B、C错误； 无线电波频率越高，相同时间内传递的信息量越大，D正确。 电磁波的发 现及应用 电磁场 电磁波 电磁波谱 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 麦克斯韦提出电磁波理论 波速＝波长×频率 变化的电场和磁场相互激发，向外传播形成电磁波 赫兹通过实验捕捉到电磁波 电磁波的能量 电磁波通信 电磁波的能量 电磁波通信 课堂小结 本 课 结 束 Keep Thinking! Lavf58.51.100 Lavf58.20.100 Lavf59.27.100 $$