4.2-4.3 电磁场与电磁波 无线电波的发射和接收 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件围绕电磁场理论、电磁波特点、电磁波谱及无线电波发射接收展开，通过电磁振荡电路能量辐射问题和电路图导入，结合赫兹实验现象分析，搭建从具体到抽象的学习支架，衔接电磁振荡与电磁波产生原理。 其亮点是以实验探究（如赫兹实验验证电磁波存在）和生活实例（太阳紫外线观测）为载体，通过表格对比电磁波谱各波段特性与应用，强化科学思维。课堂小结系统梳理知识框架，帮助学生构建物理观念，教师可高效开展教学，提升学生对电磁现象的理解与应用能力。

2　电磁场与电磁波　无线电波的发射和接收　电磁波谱 第四章 电磁振荡与电磁波 High school physics 了解不同波长电磁波的特征及主要用途。 知道什么是电磁波谱，知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序。 02 知道电磁场的概念及产生的原理。 01 03 重点 重点 知道有效发射电磁波的两个条件，了解无线电波的特点及传播规律。 04 05 了解调制(调幅、调频)、电谐振、调谐、解调在电磁波发射、接收过程中的作用 重点 重点 电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么， 这些电磁波是怎样产生的？ 公司logo 公司logo 情境导入 公司logo 公司logo 情境导入 电磁场与电磁波 01 如图所示的实验装置，当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时，导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么？ 当A、B两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花。这个实验证实了电磁波的存在。 1.变化的磁场产生电场 (1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。 甲　 B增大时的情形 (2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动。 (3)实质：变化的磁场产生了电场。(如图甲) 公司logo 公司logo 核心知识 2.变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。(如图乙) 乙　E增大时的情形 3.变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。 4.电磁波的产生：变化的电场和 磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 (2)电磁波的传播不需要介质，在真空中电磁波的传播速度跟光速相同，即v真空＝c＝3.0×108 m/s。 5.电磁波的特点 (1)电磁波在真空传播时，它的电场强度E与磁感应强度B互相垂直且均与波的传播方向垂直。 (3)电磁波在传播过程中频率不变，始终与振荡电路的频率相同，它由波源决定，与介质无关。 公司logo 公司logo 核心知识 (4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象，电磁波也是传播能量的一种形式。 (5)电磁波波速c、波长λ及频率f之间的关系为c＝λf。 (6)赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁场理论。 5.电磁波的特点 B B E E E E 公司logo 公司logo 核心知识 1.(2024·广州市高二期末)下列有关电磁场和电磁波的说法正确的是 A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波 C.电磁波传播过程中，电场和磁场是独立存在的，没有关联 D.电磁波也可以传播能量，具有干涉、衍射现象，没有反射现象 √ 例题 根据麦克斯韦理论可知，变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关，故A正确； 如果空间某处的电场或磁场是均匀变化的，则只会产生稳定的磁场或电场，并不会产生电磁波，故B错误； 电磁波传播过程中，电场激发磁场，磁场激发电场，两者是相互关联的，故C错误； 电磁波也可以传播能量，且具有干涉、衍射等波动现象，有反射现象，故D错误。 变化的磁场 产生电场 周期性变化的磁场产生同频率周期性 变化的电场 非均匀变化的磁场产生变化的电场 非均匀变化的电场产生变化的磁场 周期性变化的电场产生同频率周期性 变化的磁场 均匀变化的电场产生恒定磁场 均匀变化的磁场产生恒定电场 麦克斯韦 电磁场 理论 变化的电场产生磁场 公司logo 公司logo 总结提升 2.(来自教材)如图所示，在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，哪些是能产生电场的？哪些是能产生电磁波的？ 说明你判断的理由。 答案　根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场在周围空间产生电场，周期性变化的磁场在周围空间产生周期性变化的电场，从而产生电磁波。能产生电磁波的为乙、丁图，能产生电场的为乙、丙、丁图。 例题 电磁波谱 02 太空中的太阳动力学观测台（SDO）可以拍摄到紫外线波段的太阳图像。通过这些图像可以观察到被可见光模糊或者遮挡的日冕等太阳活动。对比波长为211 nm 的紫外线和可见光的图像可以看出，它与我们常见的太阳大不相同。除了可见光和紫外线，你还知道太阳能发出哪些波段的电磁波吗？ 公司logo 公司logo 情境导入 1.电磁波谱：按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成的谱，叫作电磁波谱。 2.按照波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。不同的电磁波由于具有不同的波长(频率)，具有不同的特性。 公司logo 公司logo 核心知识 3.电磁波的特性及应用 波段 特征 应用 无线电波 长波 波长范围为10 000~1 000 m，频率范围为0.03~0.3 MHz 超远程无线电通信和导航 中波 波长范围为1 000~100 m，频率范围为0.3~3 MHz 无线电广播和电报通信 短波 波长范围为100~10 m，频率范围为3~30 MHz 米波 波长范围为10~1 m，频率范围为30~300 MHz 调频(FM)广播、电视、导航 微波 波长范围为1~0.001 m，频率范围为300 MHz ~300 GHz 无线电广播、电视、雷达、导航 红外线 波长范围为760~106 nm。不能直接引起视觉，热效应强。一切物体都在不停地辐射红外线 红外线遥感、红外线遥控、热效应 可见光 波长范围为400~760 nm。能作用于眼睛引起视觉。按波长由长到短排列为：赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫 照明、摄影 紫外线 波长范围为10~400 nm。不能直接引起视觉。荧光效应强，能杀菌，有助于人体合成维生素D 医用消毒、荧光灯、防伪标志 公司logo 公司logo 核心知识 X射线 波长范围为10-2~10 nm。穿透能力强，可用于透视人体、检查工件内部的缺陷等 检查、探测、医用透视 γ射线 波长范围为10-7~10-2 nm。穿透能力比X射线更强。对人体细胞有很强的破坏作用 工业探伤、医用治疗(γ刀) 公司logo 公司logo 核心知识 (1)红外线有显著的热效应，紫外线具有较高的能量。(　　) (2)低温物体不能辐射红外线。(　　) (3)紫外线在真空中的传播速度大于可见光在真空中的传播速度。 (　　) (4)可利用红外线的荧光效应辨别人民币的真伪。(　　) (5)X射线的穿透本领比γ射线更强。(　　) (6)各种电磁波中最容易发生干涉和衍射现象的是γ射线。(　　) √ × × × × × 辨析 3.(2026·浙江精诚联盟高二月考)下列有关电磁波的应用，说法正确的是 A.空间站上对地球进行拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力 B.铁路、民航等安检口使用γ射线对行李内物品进行检测 C.医院里常用紫外线照射对病房和手术室进行消毒 D.超市、书店的大门处常用来感应物品的门禁是利用了X射线 √ 例题 空间站对地球的拍摄通常使用可见光或微波遥感技术，红外线虽有一定穿透能力，但主要用于热成像或植被分析，而非穿透云雾烟尘，故A错误； 安检设备普遍采用X射线，因其穿透力适中且成像清晰；γ射线穿透力过强且有害，故B错误； 紫外线能破坏微生物DNA，广泛用于医院消毒，故C正确； 超市门禁通过射频识别(RFID)技术，属于无线电波应用，与X射线无关，故D错误。 针对训练　(多选)(2025·绵阳市高二期末)家用微波炉工作时磁控管产生微波的频率为2 450 MHz，微波的电磁作用使食物内分子高频振动，从而使食物内外同时迅速变热。下列说法正确的是 A.磁控管产生微波的频率比紫外线的频率大 B.磁控管产生的微波在真空中波长约为0.12 m C.微波炉加热食物的过程是电能转成内能的过程 D.金属罐装的罐头可以直接放在微波炉内加热 √ √ 微波频率为2 450 MHz(即2.45×109 Hz)，而紫外线的频率范围为1015~1017 Hz，远高于微波频率，故A错误。 根据公式λ＝，代入数据解得λ＝≈0.122 4 m≈0.12 m，故B正确； 微波炉通过磁控管将电能转化为微波(电磁能)，微波被食物吸收后使分子振动产生热能，最终电能转化为内能，故C正确； 微波炉中不能使用金属容器，如果使用金属容器，微波不能穿透金属容器，能量不能被食品吸收，会越积越多，损害微波炉，故D错误。 无线电波的 发射和接收 03 在如图所示的普通LC振荡电路中能否有效地发射电磁波？ 在普通LC振荡电路中，电场主要集中在电容器的极板之间，磁场主要集中在线圈内部。在电磁振荡过程中，周围空间的电磁场很弱，辐射出去的能量很少，不能有效地发射电磁波。 1.无线电波的发射 (1)有效发射电磁波的条件 ①要有足够高的振荡频率。 频率越高，振荡电路发射电磁波的本领越大，如果是低频信号，要用高频信号运载才能将其更有效地发射出去。 1.减小电容C：增大板间距d，减小正对面积S 2.减小自感系数L 公司logo 公司logo 核心知识 1.无线电波的发射 (1)有效发射电磁波的条件 ②采用开放电路。可以使振荡电路的电磁场分散到尽可能大的空间，如图。 振荡电路变为成为一条导线 公司logo 公司logo 核心知识 天线 地线 实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。无线电波就能由这样的开放电路有效地发射出去。 公司logo 公司logo 核心知识 (2)调制 ①概念：把要传递的信号“加”到高频等幅振荡电流上，使载波随各种 信号而改变。 公司logo 公司logo 核心知识 (2)调制 ②调制的分类 a.调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 公司logo 公司logo 核心知识 (2)调制 ②调制的分类 b.调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制技术，如图所示。 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 2.无线电波的接收 (1)接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。 (2)接收方法 ①调谐：使接收电路产生电谐振的过程。 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振。 ②解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程。调幅波的解调也叫检波。 公司logo 公司logo 核心知识 (3)电视广播的发射和接收 ①电视广播信号是一种无线电信号，实际传播中需要通过载波将信号调制成高频信号再进行传播。 ②高频电视信号的三种传播方式：地面无线电传输、有线网络传输以及卫星传输。 ③电视信号的接收：在电视接收端，接收到的高频电磁波信号经过解调将得到的电信号转变为图像信号和伴音信号。 公司logo 公司logo 核心知识 4.(来自教材)电视机的室外天线能把电信号接收下来，原因是 A.天线处于变化的电磁场中，产生的电流输送给LC回路 B.天线只处于变化的电场中，产生的电流输送给LC回路 C.天线只是有选择地接收某电台信号，而其他电台信号则不接收 D.天线将电磁波传输到电视机内 √ 例题 天线处于室外空间变化的电磁场中，产生感应电流，此电流输送给LC回路，A正确，B错误； 室外天线能接收各个电台的电磁波信号，但只有频率与调谐电路频率相等的信号对应的电流最强，然后通过解调处理后再输入后面的电路，其他的电信号被过滤掉，C、D错误。 5.(2024·盐城市高二期末)在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。它有两种方法：一是使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变，这种调制叫作调幅；二是使高频电磁波的频率随信号的强弱而变，这种调制叫作调频。下面四幅图中属于调频波是 √ A波是信号波，故A错误； C波是用来携带信号的高频电磁波，即载波，故C错误； B中波的振幅变了，而频率没有变，则该波是调幅波，故B错误； D中波的频率变了，而振幅没有变，则该波是调频波，故D正确。 6.(来自教材)有波长分别为290 m、 397 m、 566 m的无线电波同时传向收音机的接收天线，当把收音机的调谐电路的频率调到756 kHz时， 问： (1)哪种波长的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强？ (2)如果想接收到波长为290 m的无线电波，应该把调谐电路中可调电容器的电容调大一些还是调小一些？ 答案　 (1)波长为397 m的无线电波　 (2)调小一些 (1)根据公式f＝， 得λ＝ m≈397 m 当把收音机的调谐电路的频率调到 756 kHz时，波长为397 m的无线电波在收音机中产生的振荡电流最强。 (2)要接收波长为 290 m的无线电波，应增大调谐电路的固有频率， 依据公式f＝， 可知应把调谐电路中可调电容器的电容调小一些。 调谐电路的调节，要特别注意以下问题： (1)调节方向：由题中情景准确判断出电路的固有频率应该调大还是调小。 (2)频率公式f＝，根据(1)中的调节方向，可进一步准确判定电容C和电感L是该调大还是调小。 公司logo 公司logo 总结提升 电磁场与 电磁波 无线电波 的发射和 接收 一、电磁场 二、电磁波 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 电场和磁场相互垂直 不需要介质，速度为光速 赫兹证实电磁波的存在 麦克斯韦提出电磁场理论 电磁波 三、无线电波的发射和接收 调制,发射，接收，解调 四、电磁波谱 按电磁波的波长大小或频率高低的顺序排列成的谱 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $