第15章 电磁波及其应用（复习课件）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

该初中物理课件系统梳理电磁波的产生原理（不均匀变化的电流）、描述方法（波长、波速、频率及c=λf）、家族分类（按频率分无线电波等成员）及应用（传递能量和信息），通过物理学史引入、实验探究（导线摩擦电池观察收音机异响）、类比建模（绳波类比电磁波描述）、分类归纳（家族成员及应用表），构建“发现-原理-描述-应用”的逻辑链。 以科学探究和科学思维为特色，设计“甩动绳子观察波形”的模型建构活动、“收音机靠近路由器受干扰”的实证实验，结合电磁波家族分类表梳理应用，融入北斗导航案例渗透科学态度与责任。基础实验与公式推导分层设置，帮助学生巩固知识，教师可依托实验与分类工具提升复习针对性。

沪科版（五·四学制） 九年级下册 第15章 电磁波及其应用 单元复习 01 02 03 04 05 CONTENTS 电磁波 电磁波的应用 PART ONE 电磁波 英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象， 他的研究成果深深地吸引了另一位英国物理学家—麦克斯韦，麦克斯韦经过潜心研究，用巧妙的数学语言总结了前人的发现，建立了完整的电磁理论并预言了电磁波的存在。后来，德国物理学家赫兹（H. R. Hertz，1857—1894）通过实验发现了电磁波，证实了麦克斯韦的预言（图 15-1-2,详见下页 ）。 麦克斯韦预言电磁波的存在 奥斯特 法拉第 电生磁 磁生电 麦克斯韦：建立了完整的电磁理论并预言了电磁波的存在 赫兹：通过实验发现电磁波 图15-1-2 赫兹验证电磁波存在的实验 今天的广播电视、移动通信、卫星导航、遥感影像等诸多应用都离不开电磁波理论这块基石，同时电磁波的发现也为物理学发展开启了一扇新的大门。 赫兹验证电磁波存在实验 通过赫兹发现电磁波的实验我们可以想到，电磁波的产生可能和电流有关。现实生活中我们怎样用简易的方法产生电磁波？ 发射端的设备通电后向外辐射电磁波 接收端的金属环接收到电磁波后发出电火花 温馨提示 接收装置（接收电磁波） 通电（产生电磁波） 问题：是不是只要通电（或有电流）就一定能产生电磁波？ 收音机能接收不同电台的广播，说明这些电台发送的电磁波经过长距离传播到达了我们的收音机。如图15-1-3 所示，我们把一节干电池放在收音机旁，然后用导线的一端连接干电池负极，另一端与干电池正极快速摩擦，注意听收音机发出的声音，并记录有何变化。 自主活动 图15-1-3 收音机收到干扰信号 实验中能听到收音机发出异响，这是因为导线摩擦电池时会产生电磁波，干扰了收音机接收广播电台的信号。 如果把收音机靠近工作中的充电器、无线路由器或微波炉，收音机也会受到干扰而发出异响。这些电器工作时和用导线摩擦电池一样，都是电路中的电流在不断变化。 人们发现，不均匀变化的电流可以产生电磁波。 如图15-1-4所示，与声波、水波类似，电磁波也是从波源向四周传播。前面提到的充电器、无线路由器和微波炉，以及图 15-1-1 所示的国家授时中心的天线都是发射电磁波的波源。 图15-1-4 各种波的产生 各种波的产生 电磁波看不见摸不着，我们可以用类似“绳波”的波形来描述电磁波。 如图15-1-5 所示，将绳子的一端固定，上下甩动绳子的另一端，观察绳子的变化。 图15-1-5 绳子的波形 自主活动 如何描述电磁波? 在上述活动中，可以看到绳子形成如波浪一般的图形，且波形在向前移动。如图15-1-6 所示，“绳波”波形的最高点称为波峰，相邻两个波峰之间的距离称为波长，用 λ 表示，在国际单位制中，波长的单位是米（m ）。通常把一个波长范围内的波形称为一个完整波。 图15-1-6 波长 波长 与“绳波”、声波类似，电磁波也会从波源向外传播，波传播的距离与所用时间的比称为波速，我们也可以用波速来描述电磁波传播的快慢。 但与“绳波”、声波不同，电磁波可以在真空中传播。电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s，这就是光速，常用字母 c 表示，光也是电磁波。 波速 甩动绳子越快，波形就越密，相同时间内向前传播的波的个数就越多。我们把一定时间内波向前传播的个数与所用时间的比叫做频率 ，图15-1-7所示为不同频率的波形。 电磁波也可以用频率来描述，其常用单位有赫兹 （Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz ）， 它们之间的换算关系如下： 1kHz=103Hz 1MHz=106Hz 1GHz=109Hz 图15-1-7 不同频率的波形 频率 拓展 电磁波的波速用c表示，波长用λ表示，频率用f表示，那么c=λf。 文字语言解释： λ=波长（相邻两个波峰之间的距离） f= 一定时间内波向前传播的个数与所用时间的比。 因此，c=λf的物理含义便易理解了。 这个公式也解释了教材所描述的“频率越高波长越短”。 不同频率的电磁波在真空中的传播速度相同，频率越高波长越短。 只有学会了如何描述电磁波，我们才能更好地了解电磁波的广泛应用。 PART TWO 电磁波的应用 要了解电磁波的应用，首先要了解电磁波 “家族”有哪些成员。如图 15-2-2 所示，电磁波的“家族”非常庞大，频率范围很广。如医疗检测使用的X射线，各种颜色的可见光以及红外线、 紫外线等不可见光都是电磁波“家族”的成员。（图 15-2-2,详见下页 ）。 电磁波的“家族”成员 图15-2-2 电磁波“家族” 1.分类标准：频率（或波长）； 电磁波的频率范围很广：小到有小于3×105Hz的长波，大到有大于3×1014HzX射线、γ射线等。 2.分类名称：长波、中波、短波、微波.........可见光........ 3.每个频率区间（范围）的应用。 阳光让人感觉温暖，说明光可以传递能量。 和光一样，所有的电磁波都可以传递能量。 我们可以通过电视新闻了解外部世界，可以利用移动通信进行沟通，这说明电磁波也能传递信息。 电磁波可以传递能量和传递信息 电磁波 传递能量 传递信息 电磁波具有能量，能量可以随着电磁波向外传递。 食物中的水分在微波作用下温度会迅速升高，利用微波可以加热食物（图 15-2-3 ）。γ 射线是一种能量很高的高频电磁波，可以利用它进 行立体定向无创“手术”（图 15-2-4 ）。 图15-2-3 微波炉 图15-2-4 γ 射线“手术” 电磁波在传递能量方面的应用 遥感是一种远距离非接触式获取目标特征信息的技术。人造地球卫星、飞机等装配的遥感设备能够捕获来自地面物体的电磁波，通过对这些电磁波信息进行分析，可以获知地面物体的形状、温度等信息。遥感技术在环境监测、资源普查、农业生产预测、防灾减灾、国家安全等领域有着广泛的应用（图 15-2-5 ）。 图15-2-5 遥感无人机监测作物生长 遥感 地球表面吸收阳光的能量后，会向外辐射波长较长的电磁波，大气中的二氧化碳等温室气体则能阻碍这种电磁波继续向外层空间辐射，进而造成温室效应（图 15-2-6 ）。 图15-2-6 温室效应基本原理 STSE 电磁波在现代信息社会中应用广泛，不同波长的电磁波传递信息的本领各有所长。长波可用于潜艇通信，中短波可用于无线电广播，微波可用于电视信号传输、移动通信、卫星导航、雷达侦测等。 电磁波在传递信息方面的应用 广播电台发出的中波或短波信号传播距离远、覆盖范围广，即使在互联网发达的今天，接收无线电广播的收音机仍有用武之地。你可以在应急救灾包（图 15-2-7）和家用轿车（图 15-2-8） 中发现它。 图 15-2-7 应急救灾包中的收音机 图15-2-8 车载收音机 如图15-2-9 所示，话筒首先将声音转化为随声波变化的电信号，叫做音频信号。再将音频信号加载到高频电磁波并通过天线发射到空中。收音机将接收到的高频电磁波还原成音频信号，最后再放大并通过扬声器播放出来，我们就听到了电台的广播。 图15-2-9 声音信号传递过程 拓展视野 与无线电广播不同，移动通信常用到的手机功率比较小，发射的电磁波传输距离不够远，容易被建筑物遮挡，所以，两部手机 A 、B 要通过包含基站在内的移动通信设备和线路才能进行通信（图 15-2-10 ）。 图15-2-10 移动通信示意图 移动通信 目前，我国移动通信技术已居于世界领先地位。 导航卫星利用电磁波对地面设备定位。我国自主研制的北斗卫星导航系统抗遮挡能力强，服务精度高，还能提供通信业务。目前北斗系统已在诸多领域得到了广泛应用，例如在港口借助北 斗卫星对集装箱卡车的定位，实现港口的自动化管理（图 15-2-11 ）。北斗卫星导航系统的运行不仅促进了国家经济建设，而且使我国摆脱了对其他导航系统的依赖，从而维护了国家安全。 图15-2-11 山东日照港全自动化集装箱码头 导航卫星 人类对太空的探索也离不开电磁波。“神舟” 载人飞船通过电磁波向地面接收站发回信息， “嫦娥”探测器通过电磁波把月球表面的图像传回地球，“中国天眼”射电望远镜通过接收星体辐射的微弱电磁波探测宇宙中极其遥远的天体。 电磁波的应用极大地改变了人们的生活方式，推动了社会的进步！ 人类对太空的探索离不开电磁波 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $