3.4 电磁波的发现及其应用 课件 --2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理课件围绕电磁波的发现、电磁场理论、电磁波谱及应用展开，通过生活中广播、电视等电磁波应用实例提问，对比机械波引出电磁波特性，帮助学生建立前后知识联系。 其亮点在于紧扣核心素养，物理观念上引导学生建立电磁场物质观，科学思维体现麦克斯韦理论预言到赫兹实验证实的推理逻辑，科学态度渗透科学家求实精神。含课堂练习和高考真题实例，采用对比、表格梳理知识，学生能提升应用分析能力，教师可高效教学并衔接高考。

电磁波的发现及其应用 教学课件 1 目标及重难点 1 2 3 4 新课导入 新课讲解 课堂练习 目录 5 链接高考 6 课堂小结 2 素养目标 【物理观念】 理解麦克斯韦电磁场理论的核心观点，建立电磁场的物质观念。 了解电磁波的特点及电磁波谱，知道不同频段电磁波的实际应用。 【科学思维】 体会从麦克斯韦“理论预言”到赫兹“实验证实”的科学推理逻辑。 能运用电磁波的特性分析、解释其在生活中的应用原理。 【科学探究】 了解赫兹证实电磁波存在的实验原理，体会实验在检验物理理论中的决定性作用。 【科学态度与责任】 感受科学家追求真理、严谨求实的科学精神。 认识电磁波对人类社会的巨大贡献，关注电磁污染，树立合理利用科技的社会责任感。 教学重难点 【教学重点】 麦克斯韦电磁场理论的核心思想。 电磁波的特点及电磁波谱的实际应用。 【教学难点】 理解“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”这一抽象机制。 电磁波形成与传播过程的物理图景建构。 新课导入 电磁波与我们的生活息息相关。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。为什么电磁波能得到这样的广泛的应用？它与机械波有何不同？最初电磁波是如何被发现的呢？ 新课讲解 英国物理学家麦克斯韦系统地总结了库仑、安培、奥斯特、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。 麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。 麦克斯韦 （J.C.Maxwell,1831—1879) 英国物理学家。 一、电磁场 1.变化的磁场产生电场 装置如图所示，当穿过螺线管甲的磁场随时间变化时，上面的线圈乙中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。 麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。 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。 麦克斯韦进一步指出： 磁场随时间变化快，产生的电场强 磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场 稳定的磁场周围不产生电场 电场可以由两种方式产生： 由电荷或由变化的磁场产生。 电荷周围的电场 磁场增大时周围的电场 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，变化的电场能不能够在空间产生磁场？ 2、变化的电场能够在周围产生磁场 麦克斯韦进一步指出： 电场随时间变化快，产生的磁场强 电场随时间的变化不均匀时，产生变化的磁场 稳定的电场周围不产生磁场 麦克斯韦根据上述两个基本假设，进一步指出： 如果在空间某区域有随时间不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围产生变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围引起变化的电场 变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场。 对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 周期性变化的磁场在周围空间产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场在周围空间产生同频率的周期性变化的磁场 激发 电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，所以不需要介质，可以在真空中传播。 电磁波形成示意图： 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 激发 激发 二、电磁波和电磁波谱 1．电磁波 (1)麦克斯韦的伟大预言：周期性变化的电场引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又引起新的变化的电场，这样变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波。 (2)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，不需要传播介质。 说明　电磁波传播虽然不需要介质，但它也可以在其他介质如光纤中传播，且速度都比在真空中的小。 (3)光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动，电磁波在真空中的传播速度等于光速，即c＝3×108 m/s。 (4)赫兹的贡献：1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。 (5)电磁场中储存着能量，电磁波的发射过程就是辐射电磁能的过程。 2．波长、频率与波速之间的关系 (1)波速＝波长×频率，即c＝λf。 (2)频率由波源决定，与介质无关，而波长、波速的大小与介质有关，所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变。 (3)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。 真空中：波长越大，频率越小! 波速 : c 波长 : λ 频率 : f 电磁波 (1)概念：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。 (2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 3.电磁波谱 4．不同电磁波的特性和用途 种类 波长范围 特性 应用 无线电波 大于1 mm 波动能力强 通信、广播、射电望远镜 红外线 760～106 nm 热作用强 烘干、红外遥感、测温、夜视仪 可见光 400～760 nm 感光性强 照明、照相 紫外线 10～400 nm 化学作用、荧光作用 消毒、荧光效应、促使人体合成维生素D X射线 0.001～10 nm 较强的穿透能力 透视人体、检查金属零件的质量 γ射线 小于10－3 nm 穿透能力最强 医学上的γ刀技术、探测金属内部的缺陷 三、电磁波的应用 电磁波的应用，主要包括两个方面： 一是利用电磁波传递信息， 二是利用电磁波的能量。 1.利用电磁波传递信息 移动通信设备极大地方便了我们的联系。每部移动电话都是一个无线电台，将用户的声音转变成高频电信号发射到空中，同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息。 射电望远镜： “中国天眼”FAST，主要用于寻找暗物质、暗能量和收集宇宙中的各种信号，揭示宇宙的奥秘。 2.利用电磁波传递能量 电磁波的能量除了服务于我们的日常生活外，也用于军事，如微波定向能武器、激光武器等。 课堂练习 关于电磁波，下列说法正确的是() A.电磁波能传输电视信号 B.电磁波由恒定的电场和磁场组成 C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大 D. 可见光不属于电磁波 答案：A 解析：A.电磁波能传输电视信号，选项A正确 B.电磁波由周期性变化的电场和磁场组成，选项B错误： C.真空中红外线的传播速度与紫外线相等，选项C错误 D.可以见光也属干电磁波，选项D错误 故选A。 关于电磁波，下列说法正确的是（） A.电磁波和机械波都需要通过介质传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率都不变 B.根据麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和口磁场互相垂直，电磁波是横波 C.发射无线电波时需要对电磁波进行调制和解调 D.雷达发射的是直线性能好、反射性能强的超声波 答案：B 解析：A.电磁波不需要通过介质，而机械波都需要通过介质传播，它们由一种介质进入另一种介质时频率都不变，故A错误 B.麦克斯韦电磁场理论，电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波是横波，故B正确 C.发射无线电波时需要对电磁波进行调制，而接收时，则需要解调，故C错误； D.雷达发射的是直线性能好、反射性能强的微波，故D错误。 某种元素的光谱线如图所示，其中红光和蓝光相比，在真空中红光具有较大的（） A波长 B.速度 C.频率 D.能量子 答案：A 解析：B.在真空中红光的波速等于监光的波速，为光速，故B错误 AC.红光的频率比蓝光的频率低，根据 可知在真空中红光的波长较大，故A正确，C错误 D红光的频率比监光的频率低，根据 可知红光的能量上比蓝光的能量小，故D错误 链接高考 日前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子，氢原子第n能级的能量为 ，其中 ，如图是按能量排列的电磁波谱，要使 的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是(      ) A.红外线波段的光子 B.可见光波段的光子 C.紫外线波段的光子 D.X射线波段的光子 答案：A 解析：氢原子第 能级的能量为 ，由于 的氢原子恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子的能量为 ，对比题图可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，故A正确. 大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到 时会引起神经混乱，达到 时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其发射功率 。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远距离约为( ) A. B. C. D. 答案：B 解析：本题考查微波有效作用距离的球面波模型。从发射点发出的能量，分布在以发射点为球心的球面上，设引起神经混乱、心肺功能衰竭的最远距离分别为 和 ，则 ，解得 和 的值约为100 m和50 m，B项正确。 课堂小结 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 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 四、电磁波的能量 电磁波通信 电磁波的能量 电磁波通信 三、电磁波谱 感 谢 收 看 教学课件 37 Lavf57.83.100 $