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 -

该高中物理课件聚焦电磁波的发现及应用，系统呈现麦克斯韦电磁场理论、电磁波传播特性、电磁波谱组成及应用，通过生活实例（手机、雷达）与电磁感应旧知衔接，搭建“现象-问题-规律”的学习支架，引导学生构建场与波的物理观念。 其亮点在于以问题链（如塑料线圈电场存在性）驱动科学思维，用表格对比电磁波谱参数与应用培养模型建构能力，结合麦克斯韦预言、赫兹实验渗透科学探究精神，联系5G通信、医疗检测等体现科技社会责任。典型评价题巩固核心概念，助力学生深化物理观念，教师使用可提升教学效率与学生学习兴趣。

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师： 人教版(2019)必修 第三册 学习目标 13.4电磁波的发现及应用 1.知道麦克斯韦的电磁场理论 2.知道电磁波是如何形成的 3.知道电磁波在真空中的传播速度及波长、频率和波速的关系 4.知道电磁波谱的组成及各波段的特点、应用 1 复习引入 电磁感应现象?产生感应电流的条件？ 我们熟知的手机、雷达、安检机等，都应用了电磁波。 电磁波是如何产生的呢？ 移动通信基站 2 电磁学的发展历史 库仑 安培 奥斯特 法拉第 I B + + + + + 变强 麦克斯韦(1831-1879)毕业于剑桥大学，英国物理学家、数学家 思考1：这些电荷为什么会定向运动起来呢？ 学习任务一： 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。 伟大的猜想 I B + + + + + 变强 E 这个电场对导线中的自由电荷施加电场力形成电流。 变化的磁场在其周围产生了一个环形电场， 麦克斯韦把这个电场称之为感生电场，其电场线是闭合曲线。 F F F F F 麦克斯韦根据对称和谐观点又推测:变化电场也能产生磁场。 麦克斯韦(1831-1879)毕业于剑桥大学，英国物理学家、数学家 即使去掉线圈，只要磁场变化，就会产生闭合的环形感应电场。 思考2：把金属线圈换成塑料还有I感吗？ 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？ 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。 有电场、无电流 有 深入思考 麦克斯韦的假设 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？ 电磁场 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。 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。 麦克斯韦电磁场理论 1、变化的磁场产生了电场 2、变化的电场产生了磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场 周期性变化的磁场产生周期性变化的电场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 周期性变化的电场产生周期性变化的磁场 这两者之间相互交替会怎么样？ ① 均匀变化的电场产生稳定的磁场 B t O E t O 振荡磁场 t ②周期性变化的电场产生同频率的振荡磁场 E O B O t 正弦曲线 振荡电场 B与E 频率相同 不产生！ 变化的磁场！ 电磁场 对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 麦克斯韦 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 【典例1】.按照麦克斯韦电磁场理论，以下说法中正确的是（　　） A．电场一定产生磁场，磁场一定产生电场 B．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 C．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场 D．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 C 学习任务评价一 学习任务二： 电磁波 周期性变化的电场 周期性变化的磁场 …… 电磁波 周期性变化的电场 周期性变化的磁场 1、电磁波传播需要介质吗？ 2、电磁波传播速度有多少？ 电场和磁场相互“激发”，传播不需要介质！ 电磁波的速度等于光速！ 伟大预言 ：电磁波 光也是一种电磁波！ 电磁波的产生 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。 电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等现象。 电磁波的在真空中的波速 赫兹的实验 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。 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。 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 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 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 【典例2】关于电磁波，下列说法中正确的是(   ) A. 变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场 B. 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 C. 电磁波的传播速度等于光速C D. 各种频率的电磁波在真空中以不同的速度来传播 B 学习任务评价二 【典例3】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 CD 学习任务三： 电磁波谱 电磁波的特点 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； 波长λ 波长λ B B E E E E B 波速：v=λ/T=λf 电磁波是 E⊥B ⊥V c＝λf 电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序排列 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、青、蓝、紫七种，可被视网膜感知； 电磁波谱 电磁波谱 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。 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； 波谱 无线 电波 可见光 γ射线 波长 长 短 频率 低 高 主要特性 波动性强 引起视觉 贯穿强 贯穿最强 应用 无线电技术 照明 摄影 工业 探伤， 医用 治疗 电磁波谱的排列、特性、用途 红外线 紫外线 X射线 热效应 加热 遥感 荧光效应 日光灯 杀菌 消毒 【典例4】某广播电台发射“中波”段某套节目的讯号，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 学习任务评价三 B 学习任务四： 电磁波的能量、电磁波通信 电磁波的能量 微波炉加热食品：食物中的水分子在微波作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。食物增加的能量是微波给它的 电磁波具有能量 与电磁炉加热有什么区别？ 电磁炉微波炉对容器分别有什么要求？ 无线充电 电磁波通信 电磁波通信 万物互联的全新时代 卫星导航通信 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。 汽车自动驾驶 【典例4】5G，即第五代移动通信技术，采用3 300～5 000 MHz频段，相比于现有的4G(即第四代移动通信技术，1 880～2 635 MHz频段)技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比，下列说法正确的是（ ） A.5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快 B.5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡 C.5G信号比4G信号需要更少的通信基站 D.5G信号比4G信号更适合长距离传输 学习任务评价四 B 【典例5】电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。《环境电磁波卫生标准》等法规规定：当电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不超过0.1W/m2时，对人体没有任何影响。某ZZZ办公区域内采用如图所示的无线路由器，若它的电磁辐射功率是5.0W，则人体与该装置的安全距离至少为（　　） A．1.5m B．2.0m C．2.5m D．3.0m B 课堂小结 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 坚持很酷 Lavf58.51.100 Lavf58.46.101 Lavf58.12.100 Lavf58.51.100 $