【精品】高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波四、电磁波(备课资料)

专心 爱心 用心 1 备课资料 一 赫兹生平 Heinrich Rudolf Hertz 1857 1894 赫兹是德国物理学家 1857 年 2 月 22 日出生于汉堡 在求学时代 他就被光学和力学 实验所吸引 1878 年转入柏林大学 1879 年在物理竞赛中成绩出众 获金质奖章 第二年 获博士学位 当了亥姆霍兹的助手 1885 年任卡尔斯鲁高等工业学院物理学教授 1889 年 接替克劳修斯任波恩大学理论物理学教授 同年当选为柏林科学院通讯院士 赫兹在物理学上最主要的贡献是用实验成功地证明了电磁波的存在 并且完善了麦克 斯韦的电磁场理论 1888 年 10 月 赫兹在卡尔斯鲁高等工业学院物理实验室用放电线圈做火花放电实验 偶然发现和放电线圈靠得很近的另一个开口的绝缘线圈中有电火花跳过 这引起了他的注意 立即想起以前亥姆霍兹曾提出让他研究验证麦克斯韦电磁场理论的问题 他设计了一个装置 来进行实验 他在感应圈 C 的两个电极上各接一根 30 cm 长的铜棒 A B 每根铜棒一头各 接一个黄铜小球 另一头接边长为 40 cm 的正方形黄铜板 让两个黄铜小球相对着 组成 发生器 当通电时 发生器的铜球间产生高频振荡火花 另外 他用一段导线弯成环状 两端 各接一个铜球作为检波器 如上图 检波器距离电磁波发生器 10 m 发生器的两个铜球间 产生电火花时 他在检波器的两个铜球间隙也看到了电火花 赫兹用这样简单的仪器成功地 证明了电磁波的存在 赫兹的实验报告轰动了科学界 之后 赫兹又设计实验 利用一块锌板反射电磁波 并利用入射波和反射波叠加后产 生的驻波波长和发生器振荡频率计算出电磁波的波速 最后的计算结果与麦克斯韦预料的完 全相同 等于光速 赫兹还通过实验确认电磁波是横波 具有光波的一切特征 能产生反 射 折射 衍射 干涉和有偏振性 从而全面验证了光的电磁理论的正确性 1890 年以后 赫兹整理了麦克斯韦的理论 进一步完善了麦克斯韦方程组 使其更加优美 对称 成为 麦克斯韦方程组的现代形式 赫兹还首先发现了光电效应现象 这一发现后来成为爱因斯坦建立光量子理论的实验 基础 赫兹因骨癌于 1894 年元旦过早地逝世 年仅 37 岁 他的导师亥姆霍兹赞扬他 才华横 溢 性格坚毅 用自己短暂的一生解决了一个世纪以来许多科学家所没有解决的一系列重 要的问题 赫兹的实验为无线电技术的发展开辟了新的道路 他被誉为无线电通讯的先躯 后人为了纪念他 用他的名字命名频率的单位 摘自 中学物理课本中的科学家 二 说长道短电磁波 自从电被人类发明以后 我们的生活就发生了日新月异的变化 电为人类造福 也促 进了社会的进步 我们每天都生活在它的环境之中 电脑 电话 微波炉 洗衣机 冰箱 电视 空调 所有这些电器都是利用电磁波的特性而制造的 那么什么是电磁波呢 电磁波是一种无色 无味 无形 穿透力极强的物质 它是通过电流产生的电场和磁 场的相互作用形成的 在空中以光速传播 各种波长的电波 可见光 紫外线 X 射线和伽 玛射线 都是电磁波 专心 爱心 用心 2 电磁波据认为从宇宙之初就存在 阳光和闪电都能产生电磁波 但是对它的存在和特 性的科学理解却是 19 世纪初发现了电磁感应现象时 才证实了电磁波的存在 1895 年 当无线电波的发明使大西洋两岸成功地进行了电信号传送后 各国便纷纷设 立自己的无线通讯系统 这种革命性的信息传送方式很快风靡世界 如今 电磁波作为物质 能量和信息的载体被广泛地应用到工业 交通 医疗 通讯等各行各业 无疑电磁波在社会 的发展中发挥了重要作用 医疗上 利用电磁波的穿透能力强 传播速度快的特性制造各种医疗设备进行信息和 能量的传送以及病体的诊断 透视和治疗 例如 近年来在放射性医学中 利用电磁波代 替手术刀进行脑颅手术 它是通过 射线聚焦 连续大剂量照射预选病灶 使成束的 射线具有很强的杀伤力 一次性摧毁病灶组织达到治疗效果 并且这种手术具有不开刀 不流血 无痛苦的特点 为世界放射性医学做出了新贡献 80 年代 电磁波被更加广泛地应用到无线通讯系统 使城市中高耸的电视发射塔 无 线电发射塔 高压输配电系统 各种差转台参差错落 林林总总 使通讯业达到鼎盛时期 一时间 传呼机 大哥大风行一时 真可谓 海内存知己 天涯若比邻 大大地方便了彼 此的联系与沟通 电磁波引起社会发生重大变革给人类带来舒适与方便 同时也带来烦恼与不安 正如 工业革命带来烟尘弥漫的工业污染 原子时代各种辐射病的阴影在人们心里蔓延一样 电 子时代的产物电磁波亦导致一种新型污染 电磁波污染 电磁波污染不仅给人类生存环境 造成影响 同时对人体健康也造成威胁 那么什么是电磁污染呢 你见过电磁污染现象吗 电磁污染主要是家用电器 电动工具和电动机运转时产生的火花和各种开关 控制器 保护器形成的 例如 听众正在聆听电台播放的抒情歌曲 顷刻间呖呖声 喀喀声混杂其中 观众正兴致勃勃地观赏电视节目 屏幕上突然雪花点飘飘 波浪纹起伏 影视图像模糊不 清 令人扫兴 诸如上述现象都是我们生活中经常感受到的电磁波干扰 常坐飞机的人都知道 在飞机飞行过程中禁止使用手机 电脑 游戏机等无线通信设施 以防一些无序的电磁波 影响航空导航通信 难道这些看不见的电磁波真的那么要命吗 是的 千万别小看这些电磁波 它们的能 量惊人 近年来 由于无线通信业的发展 各种发射塔使得空中电波拥挤不堪 严重影响了 各方面的正常业务 从 1996 年 9 月份开始 北京首都机场 1 30 MHz 以上的航空专用通信频 率全部遭到寻呼台干扰的事件屡屡发生 1996 年 12 月 20 日上午 8 时 15 分 航空对空频 道受到严重干扰 10 架飞机不得不在空中盘旋等待 致使出港飞机不得不拉开 5 分钟到 15 分钟的飞行时间 同样的事件也频频在全国其他地方发生 在人们习惯认为天高任鸟飞的地方 电磁波干扰竟给我们带来如此大的危害 专心 爱心 用心 3 科学研究和事实表明 电磁波对人体也有极大危害 使人体热调节系统失调 对心脑血管疾病起着推波助澜的作用 扰乱人体自然节律 引起头痛 失眠 健忘等神经衰弱症状 导致人体染色体异常 免疫能力下降 诱发基因突变 电磁波干扰的传播途径有两种 一种是电流沿着电源线传播而引起的传导干扰 另一 种是电磁波发射源向周围空间发射导致的辐射干扰 为了防止和抑制电磁干扰