20.2电磁波的应用 2025-2026学年沪科版（2024）九年级全一册物理

20.2 电磁波的应用 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。 古时候往往要等上很久才能进行一次信息交流，只有最紧急的事才会用到八百里加急。 为了更好地传递信息，在古代神话小说里就出现了"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？ 历史足迹——电磁学领域的大咖 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。 一、电磁场 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 一、电磁场 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。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。 麦克斯韦 （J.C.Maxwell,1831—1879) 英国物理学家 一、电磁场 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。 电流 电荷的定向移动 电场 闭合导体回路 变化的磁场 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。 一、电磁场 思考：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？ 想象：线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 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。 有电场、无电流 有 想一想 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。 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？ 想一想 二、电磁波 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。 变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播。 变化 的电场 变化 的磁场 变化的电场 新的电场和磁场 二、电磁波 空间可能存在电磁波 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。 二、电磁波 二、电磁波 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。 二、电磁波 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。 二、电磁波 二、电磁波 电磁波形成示意图： 非均匀变 化的磁场 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 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 二、电磁波 在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰;凹下的最低处叫作波谷。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。 1.波的特性 v λ 波峰 波谷 2.波速、波长、频率的关系 波速：v=λ/T=λf 三、电磁波谱 （2）电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介<c； （1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×10 8m/s； （4）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象； （3）不同电磁波在同一介质中传播，速 度不同，f越高，v越小；f越低，v越大； 3.电磁波的特点 三、电磁波谱 电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。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。 三、电磁波谱 （1）无线电波：波长大于1mm，分为长波、中波、短波和微波，主要用于无线电通讯； （2）红外线：波长比无线电波短，比可见光长，所有的物体都在不停地发射红外线，主要用于遥感、加热； （3）可见光：波长在700nm~400nm，分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种，可被视网膜感知； 三、电磁波谱 （4）紫外线：波长在400nm~5nm，有较高的能量。可用于灭菌消毒，荧光效应等； （5）X射线：波长比紫外线更短，有比紫外线更高的能量，有较强的穿透作用，可用于透视、检查金属内部缺陷。 （6）γ射线:波长比X射线更短，频率非常高。有很高的能量和很强的穿透作用，可用于检查金属内部缺陷。 三、电磁波谱 1. 电磁波具有能量 2. 电磁波是一种物质 3. 光是一种电磁波，光具有能量 风扇 波导管 磁控管 控制面板 屏蔽网 门 赫兹通过实验证实了电磁波的存在,这意味着,电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。 生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波给它的,可见,电磁波具有能量。 四、电磁波的能量 （一）卫星通信 卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成.卫星在空中起中继站的作用，把地面站发来的电磁波放大后,再返送回并发送给另一个或几个地面站或转发给另一颗卫星，实现了信息传递. 1.卫星通信过程 作为无线电通信中继站的卫星像一个国际信使,把来自地面的各种“信件”带到天上,然后“投递”到另一个地方用户手里. 2.通信卫星 通信卫星绕地球转动的周期跟地球自转的周期相同,相对地球”静止”,所以叫做”同步”卫星. 3. 中继站的作用： 中继站把上一站传来的信号处理后，再发射到下一站去，像接力赛那样,信号传递的距离越远，需要的中继站就越多。 微波中继通信示意图 4.三颗同步卫星实现全球通信至少需要 用三颗同步卫星就可以实现全球通信 5.今日的地球已被一张电磁波的大网严严实实地罩了起来. 通过这个通信网络，几乎在地球上任意一个地方都可以将信息即时发往世界各地，在一瞬间传遍全球。 6.中国北斗卫星导航系统 2018年12月27日，中国北斗负责人在新闻发布会上宣布，由中国自主研制的北斗导航卫星系统，开始正式为全球提供服务。 7.卫星通信的优、缺点： (1)优点： ①通信容量大，通信范围大。 ②干扰小、不易受灾害影响。 ③质量好、功效高，建设速度快。 ④同一信通可用于不同方向和不同区域。 (2)缺点： ①由于两地球站向电磁波传播距离有72000Km，信号有延迟。 ② 10GHz以上频带受降雨雪的影响。 ③天线受太阳噪声的影响。 （二）、光缆通信 1.可见光的两个特点： (1)在同种均匀介质中，光总沿着直线传播； (2)光源的发光是发散的，能量消损过快. 用什么办法能把光限制在特定的“管道”中传播，使它几乎毫无损耗地到达远方目的地呢？ 问题 2.光纤、光缆： 光纤即光导纤维的简称，是激光的传输管道，一种极细的玻璃丝，数条光纤加上保护层组成光缆。 光纤是传输光信号的介质. 光纤灯 光缆 3. 光缆通信： 光缆通信是利用激光通过光纤传递信号的一种通信方式。 光纤 (1)激光：光纤通信中用的是激光, 而不是普通的光。因为普通光源发出的光中夹杂了许多频率的光,不但难以加载信息，而且通信质量差。激光亮度高，单色性好,方向性好,能量始终集中在传播方向上,容易调制信号。 (2)光缆通信的原理:用光纤通信时,激光从光导纤维的一端射入，在内壁上经多次反射，从另一端射出,把它携带的信息传到远方. 光在光导纤维中的传播 激光 光缆通信的优点： （1）传输频带极宽，通信容量很大； （2）光纤衰减小，无中继设备，传输距离远； （3）频率稳定，信号传输质量高； （4）光纤抗电磁干扰，保密性好。 光缆通信的过程： 电磁波携带信息，既可以有线传播，也可以无限传播。 电信网、广播电视网、互联网、卫星宽带通信网络 电磁波通信 五、电磁波通信 万物互联的全新时代 五、电磁波通信 （三）移动通信 手机是如何实现彼此间通信的？ 问题 1.数字蜂窝系统 当前最为普遍的手机通信系统主要由移动台、基站和移动交换中心组成，它们形成了一个数字蜂窝系统。 移动交换中心 移动台 基站 就是手机或车载电话。每个移动电话都是一个电磁波发射器，它通过电磁波把你讲话的信息发射到空中；同时它又是一个电磁波接收器，在空中捕获电磁波，是你得到对方讲话信息。 （1）移动台： （2）基站 就是基地台,它是一种固定的无线电台地台，它可以将收到的手机信号传递到移动通信网，也可以将信号从移动通信网传递到手机。 设立基地台的原因：移动电话的体积很小,发射功率不大;它的天线也很简单,灵敏度不高.因此，它和其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接,这种固定的电台叫做基地台。 （3）移动交换中心 它是整个移动通信网络的核心，所有移动台发来的信息都要经由它分拣、处理、传递。 数字蜂窝系统 2.移动电话通话过程: 移动用户A 邻近基站 移动交换中心 甲市话局 乙市话 局 移动交换中心 邻近基站 移动用户B 电磁波的发现过程 “磁生电” 赫兹检测到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。 麦克斯韦猜想与假设： 1 . 变化的磁场产生电场 “电生磁” 2 . 变化的电场产生磁场 麦克斯韦预言了电磁波的存在预言光是一种电磁波 能量通信 1. 电磁波具有能量 2. 电磁波是一种物质 电磁波谱 波速：v=λ/T=λf 见《听课手册》P166 练一练 20922•••① × × √ × × √ 对麦克斯韦电磁场理论的理解 见《听课手册》P167 练一练 20922•••① 对麦克斯韦电磁场理论的理解 CD 见《听课手册》P167 练一练 20922•••① 电磁波、电磁波谱及电磁波的应用 D 【典例】（多选）下列关于电磁波的说法中正确的是（ ） A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波 B.电磁波传播需要介质 C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在 D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 【正确答案】CD 点拨：如果电场（或磁场）是均匀变化的，产生的磁场（或电场）是恒定的，就不能产生新的电场（或磁场），也就不能产生电磁波。电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质。 提醒 1.听课手册未完成部分。 2.课时作业 3.预习下一节，看书，做听课手册。 【典例1】按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ） A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场 B、变化的磁场在周围产生变化的电场 C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场 D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场 【正确答案】D 【典例2】下列各组电磁波，按波长由长到短排列正确的是（ ） A.紫外线、可见光、红外线、 γ射线 B.可见光、红外线、紫外线、 γ射线 C.γ射线、红外线、紫外线、可见光 D.红外线、可见光、紫外线、 γ射线 【正确答案】D 【典例4】电磁场理论预言了什么（ ） A.预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场 B.预言了变化的电场能够在周围空间产生磁场 C.预言了电磁波的存在,电磁波在真空中的传播速度为光速 D.预言了电能够产生磁,磁能够产生电 【正确答案】C 【典例5】（多选）关于电磁波，下列说法中正确的是（ ） A.均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波 B.振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波 C.电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直 D.电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象 【正确答案】BCD Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 $