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第十二章 电磁波第十二章 电磁波 2 引言引言 电磁波电磁波 3 引言引言 电磁波在生活中的应用电磁波在生活中的应用 微波炉微波炉 4 4 电磁波用于移动电话电磁波用于移动电话 引言引言 5 引言引言 CT照相 电磁波在医学中的应用 照相 电磁波在医学中的应用 6 引言引言 电磁波在通讯中的应用电磁波在通讯中的应用 7 7 电磁波用于广播电视电磁波用于广播电视 引言引言 8 8 引言引言 电磁波用于雷达和雷达隐身技术电磁波用于雷达和雷达隐身技术 9 目录目录 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 12-3 电磁波谱电磁波谱 12-4 工程中的电磁波工程中的电磁波 10 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 += = = = S l S Sl V S S t D jlH SB S t B lE qVSD ? ? ? ? ? ? ? ? d)(d 0d dd dd 空间的电场或磁场发生 变化时，将产生位移电 流或感生电场，并将这 种变化由近及远地传播 出去 空间的电场或磁场发生 变化时，将产生位移电 流或感生电场，并将这 种变化由近及远地传播 出去 一、麦克斯韦方程组与变化的电磁场一、麦克斯韦方程组与变化的电磁场 11 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 电能与磁能不断相互转换的过程称为电能与磁能不断相互转换的过程称为电磁振荡电磁振荡，电磁振 荡在空间的传递称为 ，电磁振 荡在空间的传递称为电磁波电磁波 电磁波中包括了两个矢量：电场强度和磁感强度电磁波中包括了两个矢量：电场强度和磁感强度E ? B ? 12 二、赫兹实验二、赫兹实验 (a)(b) 德国的物理学家赫兹，首次验证了电磁波的存在。德国的物理学家赫兹，首次验证了电磁波的存在。 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 13 实验原理图实验原理图 课堂 讨论 课堂 讨论 如何验证电磁波的存在？如何验证电磁波的存在？ 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 14 三、电磁波的产生三、电磁波的产生 （1）必须有能产生交变电磁场的振源，即需要一个）必须有能产生交变电磁场的振源，即需要一个 LC振荡电路来产生电磁振荡，并需要不断向振荡电 路补充能量以维持的电磁振荡。 （ 振荡电路来产生电磁振荡，并需要不断向振荡电 路补充能量以维持的电磁振荡。 （2）电磁振荡的频率必须足够高 （ ）电磁振荡的频率必须足够高 （3）振荡电路必须开放）振荡电路必须开放 LC f 2 1 0 = 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 15 电磁波发射的示意图电磁波发射的示意图 四、电磁波的性质四、电磁波的性质 当电磁波传播到当电磁波传播到P点时点时 ()kx-tE u x EEcos-tcos 00 = =电场： ()kx-tH u x HHcos-tcos 00 = =磁场： 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 16 电场分量与磁场分量共同决定了电磁波的速度为电场分量与磁场分量共同决定了电磁波的速度为 0 0 B E c = 00 1 =c 或或 s /m10998. 2 8 =c 真空中的传播速度真空中的传播速度 根据右图分 析电磁波具 有哪些特点 根据右图分 析电磁波具 有哪些特点 E H u x 平面电磁波平面电磁波 课堂 讨论 课堂 讨论 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 17 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 电磁波的分量和分量满足以下特点电磁波的分量和分量满足以下特点 E ? B ? （1）电磁波的分量和分量都垂直波的传播 方向，电磁波电磁波是横波，具有偏振特性。 ）电磁波的分量和分量都垂直波的传播 方向，电磁波电磁波是横波，具有偏振特性。 E ? B ? （2）电磁波的电场强度总是垂直于磁场强 度， 的方向就是电磁波的传播方向。 ）电磁波的电场强度总是垂直于磁场强 度， 的方向就是电磁波的传播方向。 E ? B ? BE ? （3）电场分量与磁场分量均在与波的传播方向垂 直的方向上按余弦函数的规律变化，变化频率相 同，相位也相同。 ）电场分量与磁场分量均在与波的传播方向垂 直的方向上按余弦函数的规律变化，变化频率相 同，相位也相同。 18 目录目录 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 12-3 电磁波谱电磁波谱 12-4 工程中的电磁波工程中的电磁波 19 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 电磁辐射是如何产生的 呢？它对人体有着怎样的 危害？防电磁辐射的孕妇 装有什么样的作用呢？ 电磁辐射是如何产生的 呢？它对人体有着怎样的 危害？防电磁辐射的孕妇 装有什么样的作用呢？ 一、电磁波的能量一、电磁波的能量 电磁场的能量为电场和 磁场的能量的总和 电磁场的能量为电场和 磁场的能量的总和 22 11 22 em wwwEH=+=+ 电磁场的能量密度电磁场的能量密度 20 辐射能辐射能：电磁波所携带的电磁能量：电磁波所携带的电磁能量 电磁波的能流密度电磁波的能流密度：单位时间通过垂直于传播方 向单位面积的辐射能，也称为 ：单位时间通过垂直于传播方 向单位面积的辐射能，也称为辐射强度辐射强度 用矢量表示用矢量表示 S ? SEH= ? S ? 又称为又称为坡印廷矢量坡印廷矢量 其大小反映电磁辐射的强弱， 方向代表辐射能的传播方向。 振荡偶极子发射的电磁波的 平均能流密度为 其大小反映电磁辐射的强弱， 方向代表辐射能的传播方向。 振荡偶极子发射的电磁波的 平均能流密度为 22 242 0 3 32 sin r p S = 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 21 二、电磁辐射二、电磁辐射 只要有电磁场存在的地方，它就会以电磁波的形 式向周围辐射电磁能，这种现象称为 只要有电磁场存在的地方，它就会以电磁波的形 式向周围辐射电磁能，这种现象称为电磁辐射电磁辐射。 两 类 电 磁 辐 射 天然电磁辐射，如雷电、 火山喷发、地震太阳黑子 活动等引起的电磁辐射 人工电磁辐射，电脑、电视机、空 调、手机、微波炉等 。 两 类 电 磁 辐 射 天然电磁辐射，如雷电、 火山喷发、地震太阳黑子 活动等引起的电磁辐射 人工电磁辐射，电脑、电视机、空 调、手机、微波炉等 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 22 1、电磁辐射的强弱取决于什么？、电磁辐射的强弱取决于什么？ 2、为什么电磁波被誉为当今社 会的 、为什么电磁波被誉为当今社 会的“隐形杀手隐形杀手” ？ 防电磁辐射的孕妇装利用金 属良导体对电磁波的反射和 屏蔽作用，减少电磁辐射 量，以达到保护胎儿的目的 ？ 防电磁辐射的孕妇装利用金 属良导体对电磁波的反射和 屏蔽作用，减少电磁辐射 量，以达到保护胎儿的目的 思考题思考题6 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 23 课后作业课后作业 一、分析题一、分析题1、2、3 三、综合题三、综合题1、2 教材教材P.304 24 目录目录 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 12-3 电磁波谱电磁波谱 12-4 工程中的电磁波工程中的电磁波 25 一、电磁波谱一、电磁波谱 12-3 电磁波谱电磁波谱 26 来自太阳的辐射。很容易被物质吸收，对 人体伤害很大， 来自太阳的辐射。很容易被物质吸收，对 人体伤害很大，荧光荧光作用强。用于杀菌、作用强。用于杀菌、 消毒消毒，农业农业上用来诱杀害虫、防伪。上用来诱杀害虫、防伪。 紫外线紫外线 x射线射线 12-3 电磁波谱电磁波谱 二、电磁波的特性质和应用二、电磁波的特性质和应用 射线射线 原子核衰变或核反应过程可以产生该射线。 穿透能力极强，对细胞有杀伤力。用于工业探伤，医疗 上用来治疗肿瘤。 高速电子流轰击原子时能产生该射线。 穿透能力强，能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体 电离。用作 原子核衰变或核反应过程可以产生该射线。 穿透能力极强，对细胞有杀伤力。用于工业探伤，医疗 上用来治疗肿瘤。 高速电子流轰击原子时能产生该射线。 穿透能力强，能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体 电离。用作X射线透视、材料探伤、感光乳胶片检测等。射线透视、材料探伤、感光乳胶片检测等。 27 微波 由电子线路中的电磁振荡激发。波长较长、 衍射能力强等。用于无线电技术、电视系统 等。 微波 由电子线路中的电磁振荡激发。波长较长、 衍射能力强等。用于无线电技术、电视系统 等。 红外线 具有热效应，容易被物体吸收。用于加热、遥感、遥控等 红外线 具有热效应，容易被物体吸收。用于加热、遥感、遥控等。 可见光 由电子线路中电磁振荡所激发。 可见光 由电子线路中电磁振荡所激发。 无线电波无线电波 12-3 电磁波谱电磁波谱 来自来自太阳太阳光。能引起人的视觉。摄影、照明。 炽热物体、气体放电或其他光源激发分子或原 子等微观粒子时可以产生该射线。 具有穿透性、信息性、选择性加热等特点。用于微波通 信、航天雷达、微波加热等。 光。能引起人的视觉。摄影、照明。 炽热物体、气体放电或其他光源激发分子或原 子等微观粒子时可以产生该射线。 具有穿透性、信息性、选择性加热等特点。用于微波通 信、航天雷达、微波加热等。 28 目录目录 12-1 电磁波的形成与特性电磁波的形成与特性 12-2电磁波的能量与电磁辐射电磁波的能量与电磁辐射 12-3 电磁波谱电磁波谱 12-4 工程中的电磁波工程中的电磁波 29 12-4 工程中的电磁波工程中的电磁波 电磁波作为信号载体被广泛用于无线广播、电视、雷 达、移动通信、卫星遥感等领域 电磁波作为信号载体被广泛用于无线广播、电视、雷 达、移动通信、卫星遥感等领域 电磁波是怎样传递信号的呢？电磁波是怎样传递信号的呢？ 电磁波的频率与强度经过调制后，可以携带不同 的信息，随着电磁波的传递，信号也随之在空间 传播。 电磁波传递信号的优势：不需要介质 、具有一 定的穿透力 、传播速度快、传递距离远 电磁波的频率与强度经过调制后，可以携带不同 的信息，随着电磁波的传递，信号也随之在空间 传播。 电磁波传递信号的优势：不需要介质 、具有一 定的穿透力 、传播速度快、传递距离远 3030 工程问题解析（学生演讲） 电磁波的多普勒效应 工程问题解析（学生演讲） 电磁波的多普勒效应 宇宙从何而来，从何而去？这 是个谜。有人提出了“大爆炸 理论”。大爆炸理论是通过对 宇宙结构的实验观测和理论推 导发展而来的。1927年比利时 牧师、物理学家乔治勒梅特 首先提出了关于宇宙起源的大 爆炸理论。 一、宇宙起源探秘 宇宙从何而来，从何而去？这 是个谜。有人提出了“大爆炸 理论”。大爆炸理论是通过对 宇宙结构的实验观测和理论推 导发展而来的。1927年比利时 牧师、物理学家乔治勒梅特 首先提出了关于宇宙起源的大 爆炸理论。 一、宇宙起源探秘 3131 工程问题解析工程问题解析 1929年，美国物理学家埃德温哈勃通过观测发现从 地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移。 1940年代，俄国物理学家和天文学家乔治伽莫夫伽莫 夫与他的两个学生拉尔夫阿尔菲和罗伯特赫尔 曼一道支持和完善的大爆炸理论，并预言了宇宙微波背 景辐射的存在。 1964年美国无线电工程师阿诺彭齐亚斯和罗伯特威 尔逊偶然中发现了宇宙微波背景辐射，证实了他们的预 言。 1929年，美国物理学家埃德温哈勃通过观测发现从 地球到达遥远星系的距离正比于这些星系的红移。 1940年代，俄国物理学家和天文学家乔治伽莫夫伽莫 夫与他的两个学生拉尔夫阿尔菲和罗伯特赫尔 曼一道支持和完善的大爆炸理论，并预言了宇宙微波背 景辐射的存在。 1964年美国无线电工程师阿诺彭齐亚斯和罗伯特威 尔逊偶然中发现了宇宙微波背景辐射，证实了他们的预 言。 3232 工程问题解析工程问题解析 宇宙微波背景辐射的发现是支持大爆炸确实曾经发 生的重要证据，同时物理学家指出宇宙微波背景辐 射是星系红移的结果。 星系的红移实际就是光波的多普勒效应，即如果恒 星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动， 称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向 紫光方向移动，称为蓝移。由此将电磁波的多普勒 效应与宇宙大爆炸理论联系了起来。这是大爆炸理 论最早也最直接的观测证据。 宇宙微波背景辐射的发现是支持大爆炸确实曾经发 生的重要证据，同时物理学家指出宇宙微波背景辐 射是星系红移的结果。 星系的红移实际就是光波的多普勒效应，即如果恒 星远离我们而去，则光的谱线就向红光方向移动， 称为红移；如果恒星朝向我们运动，光的谱线就向 紫光方向移动，称为蓝移。由此将电磁波的多普勒 效应与宇宙大爆炸理论联系了起来。这是大爆炸理 论最早也最直接的观测证据。 33 科学问题解析科学问题解析 请分析：请分析： 1、什么是电磁波的多普勒效应？什么称为红移 和蓝移？ 、什么是电磁波的多普勒效