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

麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、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。 韦伯穿过一个又一个欧姆。把回音带给我──“我是你忠实而又真诚的法拉，充电到一个伏特，表示对你的爱。-----麦克斯韦 麦 克 斯 韦 演示实验 装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。 ——法拉第发现的 （1）线圈中产生感应电流说明了什么？ 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。 （2）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？ 有电场、无电流。 （3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 有 ！ 一、伟大的预言 2、变化的磁场产生电场 磁能生电（法拉第） 3、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。学科网 1、电能生磁（奥斯特） 麦克斯韦 二．电磁场、电磁波 1、麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。 B B E E E E ①电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波 ②电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。电磁波是横波。 2、电磁波图景的分析： 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 3、电磁波形成示意图： 4、电磁波的特性： a.不需要传播介质,可以在真空中传播。 b.传播速度等于光速。 c.光是一种电磁波。 激发 激发 激发 激发 4、对电磁场的理解 a.恒定电场无磁场，恒定磁场无电场 b.均匀变化的电场产生恒定的磁场，均匀变化磁场产生恒定电场。周期性变化的电场产生同周期的磁场.... 3、电磁波的特性： a.不需要传播介质,可以在真空中传播。 b.在真空中传播速度等于光速。 c.光是一种电磁波。 d.电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。电磁波是横波。 4、对电磁场的理解 a.恒定电场无磁场，恒定磁场无电场 b.均匀变化的电场产生恒定的磁场，均匀变化磁场产生恒定电场。周期性变化的电场产生同周期的磁场.... 3、电磁波的特性： a.不需要传播介质,可以在真空中传播。 b.在真空中传播速度等于光速。 c.光是一种电磁波。 d.电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。电磁波是横波。 三、赫兹的电火花 1、试验装置： a.连接感应圈的两个金属球。 b.导线环上的两个金属球。 2、试验现象： 当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球 间也跳过了火花。 3、现象解释： 当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生了一个 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。 4、捕捉电磁波的模拟试验： 2.赫兹的贡献: (1)赫兹的实验:赫兹证实了_______的存在。 (2)其他实验成果:赫兹做了一系列的实验,观察到了电 磁波的反射、折射、_____、衍射和_____现象,并通过 测量证明,电磁波在真空中具有与___相同的速度。这 样,赫兹证实了麦克斯韦关于光的_________。 电磁波 干涉 偏振 光 电磁理论 赫兹与电磁波 赫兹是一个伟大的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁，这无疑是物理学界的巨大损失。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。 　　发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。 　　 在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。 　　赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。 小结：麦克斯韦的电磁场理论 1.变化的磁场产生电场 2.变化的电场产生磁场 分析: ①恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。 ③周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。 ②均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。 问题与练习： 1、下面说法中正确的是（ ） A、恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场 B、稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场 C、静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场 D、变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远 传播的电磁波。 D 2.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是:( ) A.电磁波是横波组卷网 B.电磁波的传播需要介质 C电磁波能产生干涉和衍射现象 D.电磁波中电场和磁场处处相互垂直. ACD 电磁波谱 一、波长、周期、频率和波速 1、波长（λ）：相邻两个波峰（波谷）的距离。 单位：米（m） 2、周期（T）：波峰（波谷）传播一个波长的距离 所用的时间。 单位是秒（s) 3、频率（f）：1s内波峰（波谷）通过的次数。单 位是赫兹(Hz) 4、波速（v）：波传播的快慢。 5、两个重要的关系式: 6、对于电磁波: 用c表示波速。 注意：电磁波的频率与波长呈反比。 二、电磁波谱 1、电磁波谱的概念： 按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排 列成谱，叫电磁波谱。 按照波长从长到短依次排列为无线电波、_______、可见光、_______、______、γ射线。 不同的电磁波由于具有不同的_____(波长),才具有不 同的特性。 红外线 紫外线 X射线 频率 2、无线电波 特点：λ大于1mm（f小于300000Mz）， λ较长。 应用：通信和广播 长、中短波用于发送广播信号。 微波用于发送电视信号和微波炉。 3、红外线 特点：* λ介于无线电波和可见光之间。 * 所有物体都会发射红外线。 * 物体的红外辐射跟温度有关。 应用：热效应红外线用于加热和遥感技术 红外体温计、红外夜视议、红外摄影、红外遥感技术等。 响尾蛇 4、可见光 波长在700－400nm之间，它是由各种色光组成。 5、紫外线 特点：λ介于5－400nm之间， λ较短；能量较高。 应用：化学作用 灭菌杀毒，促进人体对钙的吸收 ，设计防伪措施。 6、x射线和γ射线 特点：波长很短，频率很高；穿透力强，能量高。 应用： x射线用于人体检查如CT扫描。 x射线用于金属缺陷探测、安全检查等。 γ射线可以治疗某些癌症，也可用于金属缺陷探测。 三、电磁波的能量 1、电磁波是物质存在的一种特殊形式。 2、电磁波具有能量。 3、电磁波具有的能量跟f有关，f越高，能量越高。 四、太阳辐射 1、太阳辐射的主要成分： 主要含有可见光、红外线、紫外线。 2、太阳辐射能量分布特点： 集中在可见光、红外线、紫外线三个区域，其中波长 在黄绿光附近，辐射的能量最强。 3、太阳辐射能量分布示意图： 【归纳总结】 1.共性: (1)它们在本质上都是电磁波,它们遵循相同的规律,各波段之间的区别并没有绝对的意义。 (2)都遵守公式v=λf,它们在真空中的传播速度都是c=3.0×108m/s。 (3)它们的传播都不需要介质。 (4)它们都具有反射、折射、衍射和干涉的特性。 2.个性: (1)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,波长越长,越容易产生干涉、衍射现象,波长越短,穿透能力越强。 (2)同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同。不同频率的电磁波在同一种介质中传播时,频率越大,折射率越大,速度越小。 (3)产生机理不同。 无线电波 振荡电路中电子周期性运动产生 红外线、可见 光和紫外线 原子的外层电子受激发后产生 X射线 原子的内层电子受激发后产生 γ射线 原子核受激发后产生 知识回顾与总结： 两个概念 一个关系 六段波谱 波的能量 太阳辐射 波长和频率 六段波各自特点和应用 电磁波具有能量及其影响因素 太阳辐射的特点 $