大学物理-物理与文化：第三章 从静电现象到电磁波

1、第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 1 1、电磁学发展简史、电磁学发展简史( (略略) ) 2 2、电磁波概述、电磁波概述 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 -美国费城的美国费城的首次用风首次用风 筝将筝将“天电天电”收集到实验室的莱顿瓶中贮存，发现并规定了正、负电收集到实验室的莱顿瓶中贮存，发现并规定了正、负电 荷及电荷守恒定律。荷及电荷守恒定律。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 -英国的英国的于于17721772年精密地用实验证明静电

2、力与距年精密地用实验证明静电力与距 离的平方成反比，再经过法国人离的平方成反比，再经过法国人 的研究，确立了静电的库仑定律建立。的研究，确立了静电的库仑定律建立。 卡文迪许实验室卡文迪许实验室 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 卡文迪许实验室卡文迪许实验室 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 负责创建卡文迪许实验室的是著名物理学家、电磁场负责创建卡文迪许实验室的是著名物理学家、电磁场 理论的奠基人理论的奠基人麦克斯韦麦克斯韦。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 -意大利物理学家意大利物理学家于于1800年发明了年发明了 伏打电堆（干电池），电

3、学研究从此静电进入了动电时代。伏打电堆（干电池），电学研究从此静电进入了动电时代。 -1826年德国物理学家年德国物理学家建立了电路建立了电路 的欧姆定律。的欧姆定律。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 司南勺司南勺 人类对磁现象的认识与研究比电现象早的多，早在春秋时期人类对磁现象的认识与研究比电现象早的多，早在春秋时期( (公元公元 前前6 6世纪世纪) )，我们的祖先就已有了，我们的祖先就已有了“磁石召铁磁石召铁”的记载的记载( (见见管子管子) ) （注：天然磁石主要成分是（注：天然磁石主要成分是FeFe3 3O O4 4，现在所用磁铁多由，现在所用磁铁多由FeFe、C

4、oCo、NiNi等等 由人工方法制成）由人工方法制成） ；晋代发明了指南车；晋代发明了指南车( (约约3-43-4世纪世纪) )；宋朝我国大科；宋朝我国大科 学家沈括发明了指南针，且将其用于航海。学家沈括发明了指南针，且将其用于航海。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 -1820-1820年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家发现了发现了 电流的磁效应，电与磁开始结合起来，从此有了电流的磁效应，电与磁开始结合起来，从此有了“电磁学电磁学”这一名称。这一名称。 青年时代的奥斯特是康德哲学家的崇拜者，后来周游欧洲，成了德国自然哲青年时代的奥斯特是康德哲学家的崇拜者，后来周游欧洲，成了德

5、国自然哲 学学派的追随者。坚信自然界各种力具有统一性，并对电、磁统一进行研究。学学派的追随者。坚信自然界各种力具有统一性，并对电、磁统一进行研究。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 -英国物理学家英国物理学家 于于1831-18511831-1851年发现并确立了电磁感应年发现并确立了电磁感应 定律。（其间俄国物理学家定律。（其间俄国物理学家 也有重要贡献）也有重要贡献） -法国物理学家法国物理学家立即进行进一步研立即进行进一步研 究，于同年确立了描述电流之间相互作用的安培定律；法国科学家建究，于同年确立了描述电流之间相互作用的安培定律；法国科学家建 立了立了定律，给出了电流

6、元产生的磁场规律。定律，给出了电流元产生的磁场规律。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 法拉第法拉第(Michael Faraday，1791 1867)是英国杰出的物理学家和化学家。是英国杰出的物理学家和化学家。 1791年年9月月22日，法拉第出生在伦敦一个日，法拉第出生在伦敦一个 铁匠家庭。由于家境贫寒，他一生几乎没铁匠家庭。由于家境贫寒，他一生几乎没 有受过什么正规教育。有受过什么正规教育。12岁时曾在一家书岁时曾在一家书 店当报童，一年后当了装订学徒工。其间，店当报童，一年后当了装订学徒工。其间， 几乎所有的业余时间，他都用来拼命读书。几乎所有的业余时间，他都用来拼

7、命读书。 大英百科全书大英百科全书、化学漫谈化学漫谈等著作等著作 的电现象及化学实验开拓了他的视野，深的电现象及化学实验开拓了他的视野，深 深地吸引着他深地吸引着他 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 1811年，法拉第有机会听了当时很有年，法拉第有机会听了当时很有 名望的化学家戴维的演讲。通过种种努力，名望的化学家戴维的演讲。通过种种努力， 法拉第终于当上了戴维的助手。法拉第终于当上了戴维的助手。1813年年10 月到月到1815年年3月，法拉第随戴维夫妇到法月，法拉第随戴维夫妇到法 国、意大利、瑞士等欧洲国家作科学旅行，国、意大利、瑞士等欧洲国家作科学旅行， 使法拉第眼界大

8、开。回国后，他开始进行使法拉第眼界大开。回国后，他开始进行 独立的科学研究。独立的科学研究。1816年到年到1820年间，他年间，他 共发表了共发表了18篇论文。篇论文。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 1821 1821年，年，3030岁的法拉第出任皇家学院实验室总督和代理岁的法拉第出任皇家学院实验室总督和代理 实验室主任。受奥斯特电磁实验的启发，他开始进行电和实验室主任。受奥斯特电磁实验的启发，他开始进行电和 磁的研究。磁的研究。18211821年年1010月，他发表了第一篇电磁学论文月，他发表了第一篇电磁学论文论论 某些新的电磁运动兼磁学理论某些新的电磁运动兼磁学理论

9、。 18241824年，他正式开始研究如何年，他正式开始研究如何“将磁变成电将磁变成电”。最终在。最终在 18311831年年8 8月月2929日发现了电磁感应现象。日发现了电磁感应现象。 18331833至至18341834年间，他发现了电解定律；年间，他发现了电解定律； 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 18371837年，他最先提出了年，他最先提出了“场场”的概念，并用的概念，并用“力线力线”来来 表现场的物理实在。场和力线的概念生动地展示了电磁世表现场的物理实在。场和力线的概念生动地展示了电磁世 界的图景，不仅在电磁学上是一个创举，而且对整个科学界的图景，不仅在电磁学

10、上是一个创举，而且对整个科学 观念的发展都有深刻的影响。观念的发展都有深刻的影响。 18381838年，法拉第发现了电介质对电容的影响，并首先引年，法拉第发现了电介质对电容的影响，并首先引 入电容率的概念。入电容率的概念。 18451845年，他发现了磁致旋光效应，不久又发现了物质的年，他发现了磁致旋光效应，不久又发现了物质的 抗磁性。抗磁性。 18671867年年8 8月月2525日，法拉第在他家中的座椅上安详去世，日，法拉第在他家中的座椅上安详去世， 终年终年7676岁。遵照他的遗嘱，他被安葬在海格特公墓，其墓岁。遵照他的遗嘱，他被安葬在海格特公墓，其墓 碑上仅刻了他的名字和生卒年月。碑上

11、仅刻了他的名字和生卒年月。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 开尔文勋爵对法拉第的力线评价：开尔文勋爵对法拉第的力线评价：在在 法拉第的许多贡献中，最伟大的就是力线的法拉第的许多贡献中，最伟大的就是力线的 概念了。我想，借助于它，就可以把电场和概念了。我想，借助于它，就可以把电场和 磁场的许多性质，以最简单而极富启发性地磁场的许多性质，以最简单而极富启发性地 表示出来。表示出来。 爱因斯坦认为：爱因斯坦认为：场场的概念的价值要比的概念的价值要比电电 磁感应磁感应的发现高得多的发现高得多。 法拉弟的成功是与他的勤奋刻苦，坚韧不拔的精神，以及严格的科法拉弟的成功是与他的勤奋刻苦，

12、坚韧不拔的精神，以及严格的科 学态度分不开的。法拉弟不愧为十九世纪最伟大的实验物理学家，电学态度分不开的。法拉弟不愧为十九世纪最伟大的实验物理学家，电 磁学的奠基人之一。磁学的奠基人之一。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 -英国物理学家英国物理学家有很好的数学素有很好的数学素 养，于养，于18731873年把法拉第的思想发展成完整的电磁场理论，建立了麦克年把法拉第的思想发展成完整的电磁场理论，建立了麦克 斯韦方程，被认为是斯韦方程，被认为是1919世纪物理学最辉煌的成就。世纪物理学最辉煌的成就。 麦克斯韦麦克斯韦是是1919世纪伟大的英国物理学家、数学世纪伟大的英国物理学家

13、、数学 家。家。 麦克斯韦麦克斯韦18311831年年1111月月1313日出生于苏格兰爱丁堡日出生于苏格兰爱丁堡 的一个名门望族，这一年正是法拉第发现电磁感应的一个名门望族，这一年正是法拉第发现电磁感应 现象的那一年。麦克斯韦自幼聪颖，思维敏捷，他现象的那一年。麦克斯韦自幼聪颖，思维敏捷，他 父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良父亲是个知识渊博的律师，使麦克斯韦从小受到良 好的教育。好的教育。18471847年进入爱丁堡大学学习数学和物理年进入爱丁堡大学学习数学和物理 。18501850年转入剑桥大学三一学院。年转入剑桥大学三一学院。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁

14、波 麦克斯韦建立的电磁场理论（麦克斯韦建立的电磁场理论（18641864年），将电学、磁学统一起来，年），将电学、磁学统一起来， 是是1919世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。 正如普朗克所说，他的名字正如普朗克所说，他的名字“将闪烁在经典物理学的大门之上将闪烁在经典物理学的大门之上”。 1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，传播速度年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，传播速度 等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光

15、现象和 电、磁现象之间的联系。麦克斯韦逝世后电、磁现象之间的联系。麦克斯韦逝世后8年（年（1887年），他预言电年），他预言电 磁波被德国物理学家赫兹磁波被德国物理学家赫兹用实验所用实验所 证实。这一发现直接导致证实。这一发现直接导致1901年意大利工程师年意大利工程师 无线电通讯的发明（为此荣获无线电通讯的发明（为此荣获1909年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 ）。）。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 1873年，麦克斯韦出版年，麦克斯韦出版电磁通论电磁通论一书，全面总结了一书，全面总结了19世纪以世纪以 来的电磁学成就，建立了完整的电磁理论体系。这是一部集电磁理论来的电

16、磁学成就，建立了完整的电磁理论体系。这是一部集电磁理论 之大成的经典著作是可以同牛顿的之大成的经典著作是可以同牛顿的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理相媲美的相媲美的 里程碑式的著作。里程碑式的著作。 在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气在热力学与统计物理学方面麦克斯韦也作出了重要贡献，他是气 体动理论的创始人之一。体动理论的创始人之一。1859年他首次从理论上导出了气体分子速率年他首次从理论上导出了气体分子速率 分布的具体形式（即麦克斯韦速度分布律）。他引入了迟豫时间的概分布的具体形式（即麦克斯韦速度分布律）。他引入了迟豫时间的概 念，发展了一般形式的输运理论，并把它应

17、用于扩散、热传导和气体念，发展了一般形式的输运理论，并把它应用于扩散、热传导和气体 内摩擦过程。内摩擦过程。1867年引入了年引入了“统计力学统计力学”这个术语。这个术语。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 麦克斯韦是运用数学工具分析麦克斯韦是运用数学工具分析 物理问题和精确地表述科学思想的物理问题和精确地表述科学思想的 大师，但他非常重视实验，由他负大师，但他非常重视实验，由他负 责建立起来的卡文迪许实验室责建立起来的卡文迪许实验室 (1871(1871年年) )，在他和以后几位主任的，在他和以后几位主任的 领导下，发展成为举世闻名的学术领导下，发展成为举世闻名的学术 中心

18、之一。中心之一。 18791879年，麦克斯韦因肺结核不年，麦克斯韦因肺结核不 治而去世，年仅治而去世，年仅4848岁。岁。“对无知对无知 充分的清醒，才是知识真正充分的清醒，才是知识真正 发展的前奏曲发展的前奏曲”，这是他留给，这是他留给 后人的著名治学格言之一。后人的著名治学格言之一。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 无线电报是谁发明的：马可尼无线电报是谁发明的：马可尼? ? 波波夫波波夫? ? 在人们心目中，一般认为在人们心目中，一般认为: :俄罗斯发明家波波夫是无线电技术的最俄罗斯发明家波波夫是无线电技术的最 早发明人；意大利发明家马可尼是无线电实用电报技术的发明人

19、，他早发明人；意大利发明家马可尼是无线电实用电报技术的发明人，他 们都是们都是“无线电之父无线电之父”！ 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 磁学研究的重要性：磁学研究的重要性： 如：磁性材料（软磁、硬磁）、磁悬浮列车、磁流体船如：磁性材料（软磁、硬磁）、磁悬浮列车、磁流体船 生物磁（人体磁生物磁（人体磁1010-8 -81010-13 -13 T T，脑磁） ，脑磁） 绝热退磁可获得绝热退磁可获得1010-9 -9 K K的低温等等的低温等等 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 电流电流 B F 海水海水 进

20、水进水出水出水 发动机发动机 接发电机接发电机 电极电极 磁流体船磁流体船 磁流体推进的基本原理是基于物理学中著名的弗来明定律，即通电的海水在与其电场垂直的磁场中， 受到电磁力洛伦兹力作用而运动，其反作用力推动船舶前进。 这种推进方式无旋转机械传动，无螺旋桨 和叶轮，消除了与旋转机械有关的噪声部件，因此，将大大降低推进器噪声，真正实现船舶的安静航行。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 把电磁用于船舶推进装置的设想，最早是由美国赖斯把电磁用于船舶推进装置的设想，最早是由美国赖斯 博士提出来的。采用电磁推进的船舶，由于没有螺旋桨等博士提出来的。采用电磁推进的船舶，由于没有螺旋桨等

21、 运动部件，因而毫无振动的感觉，可在海上静静地航行。运动部件，因而毫无振动的感觉，可在海上静静地航行。 由于海水的电阻大，所以必须达到由于海水的电阻大，所以必须达到20万高斯的磁场强度，万高斯的磁场强度， 船体才能获得必要的推力。目前一船体才能获得必要的推力。目前一 般使用的铁芯电磁铁仅能达到般使用的铁芯电磁铁仅能达到2万高万高 斯的磁场强度，可是用斯的磁场强度，可是用超导体电磁超导体电磁 铁铁装备船舶的推进系统，就能获得装备船舶的推进系统，就能获得 强大的磁场和必要的推力。强大的磁场和必要的推力。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象

22、到电磁波 1 1、电磁学发展简史、电磁学发展简史 2 2、电磁波概述、电磁波概述 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 波的本质振动 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 )cos()(tAtx )( 1 HZ T T 2 2 )(t 谐振动： 振动的特性：描述物体运动状态的物理量在某一数值附近来回往复变化 机械振动：物体在某位置附近的往复振动 简谐振动： 特点：（1）等幅振动 （2）周期振动 简谐振动三要素：A 是t时刻的相位 是t=0时刻的相位初始相位 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 T v T 1 2 v v 机械波 机械波的产生和传播 条

23、件： （1） 波源：作机械振动的物体 （2） 弹性介质：具有弹性和惯性的连续介质是振动的传播 描述波动过程的物理量： 波速： 频率： ，周期T反映了波的时间周期性 同一波线上相邻两个相位差为的质点之间的距离， 关系式： 注意：1、波速 由介质决定，与波源无关，频率（周期T）由波源的振动决定，与介质 无关。如合唱团，不同的人不同振源，不同频率，但波速一样。 2、当波由一种介质传播到另一种介质时，波的频率不变，波速和波长将发生变化。 波长（ ）： 即波源作一次完全振动，波前进的距离。 反映了波的空间周期性 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 2、 振动状态在空间的传播振动状态在空间

24、的传播 波波 FL 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 振动 3、 a. 纵波、横波(按振动方式) 纵波：质点的振动方向与传播方向一致。 横波：质点的振动方向与传播方向垂直。 b.机械波、电磁波(传播中有否介质） 机械波：机械扰动在介质中的传播 电磁波：变化的电场和变化的磁场在空间的传播。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 4、描述波的几个名词 波长波长()：沿着波从任一点到下一个相 似点的距离。 周期（周期（T）:振动在介质中传播的距离 等于一个波长所用去的时（T）。 波幅波幅(A)：波的振动幅度。 波速波速(u)：振动在介质中的传播速率。 第三章第三章 从

25、静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 n例：黄光波长为570nm，试计算它的 频率和周期。若该黄光从空气进入 折射率为n的媒质，它的波长、传播 速度、频率将如何变化？ 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 n全反射：光具有可逆性，光疏光 密；光密光疏。 n 当光从光密物质射向光疏物质的入 射角大到一定程度时，折射角为90 度，光沿界面传播，此时的入射角 称作临界角，若进一步增大入射角 度，光全部被反射回来，此现象为 全反射。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 n应用：光纤、内窥镜、胃镜 n光学纤微：用玻璃和槊料制成的细丝， 直径几微米几十微米。n玻璃n槊料 n优点

26、：能量不会损失； 通信容量大，千百根光纤组合成光 缆，既可提高光纤强度，又达到多路通 信的目的，通信容量进一步增大； 传播速率高；材料廉价，轻。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 光的波动性质干涉、衍射光的波动性质干涉、衍射 n水面波的干涉:两块 石子投入水中， 生成向四周传播 的水面波，相交 的区域，有的扰 动为零，有的很大。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 解释实际例子 n1、油膜 n2、增透膜：为了减少镜头表面的 光反射量，需要设计好薄膜厚度， 使入射光在油膜两个表面因干涉 而相消。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 衍射衍射 波遇

27、到障碍物，它能偏离直线传播，这 叫做波的衍射。 例如声波 衍射又叫绕射，波都具有衍射性质， 光是电磁波，也具有衍射性质。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 n圆孔衍射 圆孔的直径可调。当圆孔很小时， 光屏上显示出明暗相间的圆环形图 案。 n单缝衍射 单缝的宽度可调。当缝宽很细时， 光屏上显示出明暗相间的不等间距 的条纹图案。为什么？ 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 n衍射条件：只有当障碍物、孔或缝 的大小与波长接近时，衍射现象才 观察的到。 n用手指或两只铅笔可以见到衍射现 象。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 电磁场的传播电磁场的传播

28、-电磁波电磁波 由麦克斯韦电磁场理论可知，若在空间某区域有变化的电场，则由麦克斯韦电磁场理论可知，若在空间某区域有变化的电场，则 在其邻近区域必定会激发起变化的磁场，尔后又会在较远的区域激发在其邻近区域必定会激发起变化的磁场，尔后又会在较远的区域激发 起变化的电场。变化的电场与变化的磁场相互激发，交替产生并以一起变化的电场。变化的电场与变化的磁场相互激发，交替产生并以一 定的速度由近及远地向四周传播，形成电磁波。定的速度由近及远地向四周传播，形成电磁波。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 1 1、电磁波的产生、电磁波的产生 产生电磁振荡是实现电磁波辐射的基础，而产生电磁振荡是

29、实现电磁波辐射的基础，而LC振荡电路则是产生电振荡电路则是产生电 磁振荡的振源，它由一个电容器和一个自感线圈串连而成，在电路中，磁振荡的振源，它由一个电容器和一个自感线圈串连而成，在电路中， 电容器电容器C是储存电场能量的元件，自感线圈是储存电场能量的元件，自感线圈L是储存磁场能量的元件。是储存磁场能量的元件。 首先给电容器充电，将电能储存在首先给电容器充电，将电能储存在 电容器极板间的电场中，然后再将电容器极板间的电场中，然后再将 其与无电阻的自感线圈串联。其与无电阻的自感线圈串联。 下面我们分析下面我们分析电磁振荡过程中，电电磁振荡过程中，电 场能量和磁场能量在电容器和自感场能量和磁场能量

30、在电容器和自感 线圈中相互转移、能量守恒的过程线圈中相互转移、能量守恒的过程 。 LCE K LC 电磁振荡电路电磁振荡电路 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 要将要将LC振荡电路中的电磁能发射出去，必须具备以下条件：（振荡电路中的电磁能发射出去，必须具备以下条件：（1）频频 率必须特别高；率必须特别高；（2）电路必须开放。电路必须开放。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 18641864年，年，英国英国科学家科学家麦克斯韦麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的

31、在总结前人研究电磁现象的 基础上，建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在，推基础上，建立了完整的电磁波理论。他断定电磁波的存在，推 导出电磁波与光具有同样的传播速度。导出电磁波与光具有同样的传播速度。 18871887年年德国德国物理学家物理学家赫赫 兹兹用实验证实了电磁波的存在。之后，人们又进行了许多实验用实验证实了电磁波的存在。之后，人们又进行了许多实验 ，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波， 它们的本质完全相同，只是它们的本质完全相同，只是波长波长和和频率频率有很大的差别。有很大的差别。 2 2、电磁波的发现、电磁波

32、的发现 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 赫兹（赫兹（H. R. HertzH. R. Hertz，1857-18941857-1894），德国物理，德国物理 学家。十九岁入德累斯顿工学院，次年转入柏林学家。十九岁入德累斯顿工学院，次年转入柏林 大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。18891889 年，接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授，直年，接替克劳修斯担任波恩大学物理学教授，直 到逝世。赫兹对人类最伟大的贡献是到逝世。赫兹对人类最伟大的贡献是用实验证实用实验证实 了电磁波的存在（了电磁波的存在（18881888年）年），以及，以及发

33、现了光电效发现了光电效 应（应（18871887年）年）。 赫兹的电磁波实验，不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是赫兹的电磁波实验，不仅证实了麦克斯韦发现的真理，更重要的是 开创了无线电技术的新纪元。正当人们对他寄以更大期望时，他却于开创了无线电技术的新纪元。正当人们对他寄以更大期望时，他却于 18941894年元旦因血中毒逝世，年仅年元旦因血中毒逝世，年仅3636岁。为了纪念他的功绩，人们用他岁。为了纪念他的功绩，人们用他 的名字来命名各种波动频率的单位，简称的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫赫”。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 赫兹在赫兹在18881888年

34、采用振荡偶极子，实现了发送和接收电磁波。采用年采用振荡偶极子，实现了发送和接收电磁波。采用 下图装置，证实了振荡偶极子能够发射电磁波。下图装置，证实了振荡偶极子能够发射电磁波。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 3 3、电磁波的性质、电磁波的性质 （1 1）横波）横波 电矢量电矢量E E和磁矢量和磁矢量H H相互垂直，且均与传播方向垂直，这说明电磁波是相互垂直，且均与传播方向垂直，这说明电磁波是 横波横波 0 0 0 0 H E H E .tw/demolab/java/emWave/index.html 第三章第三章 从静电现象到

35、电磁波从静电现象到电磁波 s m c v 8 7-12 00 103 104108.85 11 1 电磁波在真空中的传播速度电磁波在真空中的传播速度C C （3）偏振性 （4）同相性 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 4 4、电磁波的计算、电磁波的计算 c：波速(这是一个常量，约等于3108m/s) 单位：m/s f：频率(单位：Hz) ：波长（单位：M） c=f 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 5 5、电磁波谱、电磁波谱 无线电波无线电波 3000米0.3毫米。红外线红外线 0.3毫米0.75微米。 可见光可见光 0.7微米0.4微米。 紫外线紫外线 0

36、.4微米10毫微米 X射线射线 10毫微米0.1毫微米射线射线 0.1毫微米0.001毫微米 高能射线 小于0.001毫微米 传真传真（电视电视）用的波长是）用的波长是3 36 6米；米；雷达雷达用的波长更短，用的波长更短，3 3米到几毫米米到几毫米 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 名 称波 长 范 围频 率 范 围 射线10 -4 nm0.01 nm 310 19-31021 Hz X射线0.01 nm10 nm310 16-31019 Hz 紫外线10 nm400 nm7.510 14-31016 Hz 可见光0.4m0.8m3.510 14-7.51014 Hz 红

37、外 线 近 红 外 短波红外 中 红 外 热 红 外 远 红 外 0.8m1.3m 1.3m-3m 3m -8m 8m -14m 14m1 mm 2.3010 14-3.51014 Hz 1.0010 14-2.301014 Hz 3.810 13-1.001014 Hz 2.210 13-3.81013 Hz 310 11-2.21013 Hz 亚毫米波0.1mm1 mm310 11-31012 Hz 微波 毫米波（EHF） 厘米波（SHF） 分米波（UHF） 1 mm10 mm 1 cm10 cm 0.1 m1 m 3010 9-300109 Hz 310 9-30109 Hz 0.310

38、 9-3109 Hz 无 线 电 波 超短波（VHF） 短 波（HF） 中 波（MF） 长 波（LF） 超长波（VLF） 1 m10 m 10 m100 m 0.1 km1 km 1 km10 km 10 km100 km 3010 6-300106 Hz 310 6-30106 Hz 0.310 6-3106 Hz 3010 3-300103 Hz 310 3-30103 Hz 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 6 6、电磁辐射的危害、电磁辐射的危害 电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。 热效应

39、：热效应：人体内人体内70%70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引 起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作。起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作。 非热效应：非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序 的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏，的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏， 人体正常循环机能会遭受破坏。人体正常循环机能会遭受破坏。 累积效应：累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚

40、未来得及热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及 自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会 成为永久性病态或危及成为永久性病态或危及生命生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很 小，频率很低，也会诱发想不到的小，频率很低，也会诱发想不到的病变病变，应引起警惕！，应引起警惕！ 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 各国科学家经过长期研究证明：长期接受电磁辐射会造成人体免各国科学家经过长期研究证明：长期接受电磁辐射会造成人体免 疫力下

41、降、疫力下降、新陈代谢新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前紊乱、记忆力减退、提前衰老衰老、心率失常、心率失常、视力视力 下降、下降、听力听力下降、下降、血压血压异常、异常、皮肤皮肤产生斑痘、粗糙，甚至导致各类产生斑痘、粗糙，甚至导致各类癌癌 症症等；男女等；男女生殖生殖能力下降、妇女易患能力下降、妇女易患月经紊乱月经紊乱、流产流产、畸胎等症。、畸胎等症。 随着人们生活水平的日益提高，电视、随着人们生活水平的日益提高，电视、电脑电脑、微波炉微波炉、电热毯电热毯、 电冰箱电冰箱等家用电器越来越普及，电磁波辐射对人体的等家用电器越来越普及，电磁波辐射对人体的伤害伤害越来越严重。越来越严重。 但由于电磁波是

42、看不见，摸不着，感觉不到，且其伤害是缓慢、隐性但由于电磁波是看不见，摸不着，感觉不到，且其伤害是缓慢、隐性 的，所以尚未引起人们的广泛注意。家用电器尽量勿摆放于卧室，也的，所以尚未引起人们的广泛注意。家用电器尽量勿摆放于卧室，也 不宜集中摆放或同时使用。不宜集中摆放或同时使用。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 看电视勿持续超过看电视勿持续超过3 3小时小时，并与屏幕保持，并与屏幕保持3 3米米以上的距离；关机后以上的距离；关机后 立即远离电视机，并开窗通风换气，以洗面奶或香皂等洗脸。立即远离电视机，并开窗通风换气，以洗面奶或香皂等洗脸。 用手机通话时间不宜超过用手机通话时间

43、不宜超过3 3分钟分钟，通话次数不宜多。尽量在接通，通话次数不宜多。尽量在接通1 1 一一2 2秒钟之后再移至面部通话，这样可减少手机电磁波对人体的辐射秒钟之后再移至面部通话，这样可减少手机电磁波对人体的辐射 危害。危害。 具有防电磁波辐射危害的食物有：具有防电磁波辐射危害的食物有：绿茶、海带、海藻、裙菜、绿茶、海带、海藻、裙菜、VaVa、 VcVc、Vb1Vb1、卵磷脂、猪血、牛奶、甲鱼、蟹等动物性优质蛋白等、卵磷脂、猪血、牛奶、甲鱼、蟹等动物性优质蛋白等。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波课堂作业课堂作业 1、人的眼睛所能感受到的电磁波称为、人的眼睛所能感受到的电磁波称为

44、_, 医医 院透视检查所用的电磁波称为院透视检查所用的电磁波称为 _。 紫外线具有杀菌作用紫外线具有杀菌作用, 而红外线具有理疗作用。而红外线具有理疗作用。 紫外线和红紫外线和红 外线相比外线相比, 波长较长的是波长较长的是 _ , 频率较频率较 低的是低的是_。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波课堂作业订正课堂作业订正 1、人的眼睛所能感受到的电磁波称为、人的眼睛所能感受到的电磁波称为_可见光可见光_, 医院透医院透 视检查所用的电磁波称为视检查所用的电磁波称为 _X射线射线_。 紫外线具有杀菌作用紫外线具有杀菌作用, 而红外线具有理疗作用。而红外线具有理疗作用。 紫外线和

45、红紫外线和红 外线相比外线相比, 波长较长的是波长较长的是 _紫外线紫外线_ , 频率较低频率较低 的是的是_红外线红外线_。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 7 7、电磁波的应用、电磁波的应用 无线电波无线电波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 无线电波的传播无线电波的传播 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 1 1、地波传播、地波传播无线电波沿着地球表面附近的空间传播。无线电波沿着地球表面附近的空间传播。 地球表面有许多障碍物，当电磁

46、波的波长大于或相当于障碍物地球表面有许多障碍物，当电磁波的波长大于或相当于障碍物 的尺寸时，电磁波会发生衍射，绕过障碍物传播，因此地波传播适合的尺寸时，电磁波会发生衍射，绕过障碍物传播，因此地波传播适合 于中波（于中波（0.11千米）和长波（千米）和长波（110千米），而不适合短波传播。千米），而不适合短波传播。 电磁波沿地面传播时，地面会因电磁感应电磁波沿地面传播时，地面会因电磁感应E E而有电流，消耗电波而有电流，消耗电波 的能量，地面的导电性越好，地面吸收的电磁能就越少，干土导电性的能量，地面的导电性越好，地面吸收的电磁能就越少，干土导电性 差，海水导电性好，所以电磁波在海上传播时，损失

47、能量最小。差，海水导电性好，所以电磁波在海上传播时，损失能量最小。 2 2、天波传播天波传播是无线电波通过电离层反射而进行的传播。、天波传播天波传播是无线电波通过电离层反射而进行的传播。 电离层中的气体分子在太阳紫外辐射下，会电离出大量的电子，它们电离层中的气体分子在太阳紫外辐射下，会电离出大量的电子，它们 的密度随高度而变化，形成两边的密度随高度而变化，形成两边n n大，中间大，中间n n小的电离层。波从小的电离层。波从n n大媒大媒 质进入质进入n n小媒质，折射角大于入射角，波线向下偏折，当偏折角大到小媒质，折射角大于入射角，波线向下偏折，当偏折角大到 超过临界角时，发生全反射，电波返回地面。超过临界角时，发生全反射，电波返回地面。 第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波 天波传播缺点：传播不稳定。天波