【高中物理】电磁波的发现及应用课件 2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

人教版物理必修三第十三章

电磁感应与电磁波初步第四节

电磁波的发现及应用讨论交流古时用点燃烟火传递重要消息。白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台。古时候人们信息交流很难，只有最紧急的事才会用到——八百里加急。为方便传递信息，在古代神话小说里就出现的"顺风耳和千里眼"。如今，电磁波为信息的传递插上了翅膀。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。电视塔移动通信基站太空授课那么，电磁波是怎样发现的呢?又是如何产生的呢？一、电磁场电磁波的发现过程奥斯特

安培

法拉第

麦克斯韦

赫兹奥斯特首先发现了电流的磁效应安培进一步做了电和磁的研究工作法拉第电磁感应现象并提出力线和场的概念建立了电磁场理论，预言了电磁波的存在，揭示了光、电、磁现象的本质，奠定了现代工业的基础。利用电火花实验证实了电磁波的存在麦克斯韦是继法拉第之后，依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、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。英国物理学家麦克斯韦（J.C.Maxwell,1831—1879)麦克斯韦伟大的猜想1、变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。1.如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？讨论交流有电场、无电流.2.设想线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？有电场.总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，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。自由电荷要定向移动形成电流，就必须有电场；没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。a.均匀变化的磁场产生恒定的电场b.不均匀变化的磁场产生变化的电场（周期性变化的磁场产生周期性变化的电场）2、变化的电场产生磁场思考：既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能在空间产生磁场？麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设∶变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。a.均匀变化的电场产生恒定的磁场.b.不均匀变化的电场产生变化的磁场（周期性变化的电场产生周期性变化的磁场）.恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电1场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场麦克斯韦电磁场理论的要点变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，它们形成一个不可分离的统一场，这就是电磁场。BBEEEE它既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。电磁场二、电磁波麦克斯韦的预言麦克斯韦推断:如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那么它就在空间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,于是,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.一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波。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。赫兹的实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。1886年，赫兹通过实验捕提到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。赫兹的实验微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。非均匀变化的磁场和非均匀变化的电场相互激发，形成电磁波，由近及远地向周围空间传播。电磁波中的电场和磁场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播，所以电磁波是横波。E⊥B⊥V电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等现象。电磁波的传播空气、水，是声波和水波传播的介质。电磁波可以在真空中传播，不需要介质。电磁波的传播速度等于光速，光是以波动形式传播的一种电磁振动，即光是一种电磁波。三、电磁波谱1.描述波的物理量在一列水波中凸起的最高处叫波峰;凹下的最低处叫波谷。邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。波速、波长、频率的关系：v=λfc=λf2.电磁波在真空中的速度:c=3.0×108m/s2.电磁波的特点（1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×108m/s；（2）电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，f不变，v介<c；（3）不同电磁波在同一介质中传播，速

度不同，f越高，v越小；f越低，v越大；（4）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象；3.电磁波谱电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。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。1.无线电波：波长大于1mm，分为长波、中波、短波和微波，主要用于无线电通讯；2.红外线：波长比无线电波短，比可见光长，所有的物体都在不停地发射红外线，主要用于遥感、加热；3.可见光：波长在700nm~400nm，分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种，可被视网膜感知；可见光只是电磁波中的一小部分.4.紫外线：波长在400nm~5nm，有较高的能量。可用于灭菌消毒，荧光效应等；5.X射线：波长比紫外线更短，有比紫外线更高的能量，有较强的穿透作用，可用于透视、检查金属内部缺陷。6.γ射线:波长比X射线更短，频率非常高。有很高的能量和很强的穿透作用，可用于检查金属内部缺陷。不同的电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性。3.电磁波的能量麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这说明电磁波是一种客观存在的物质。生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波给它的,阳光照射植物生长，可见,电磁波具有能量。阳光照射广播电视台风扇波导管磁控管控制面板屏蔽网门微波炉电磁波具有能量，电磁波是一种物质，光是一种电磁波，光具有能量.四、电磁波通信卫星导航、通信电磁波携带信息，既可以有线传播，也可以无线传播。互联网、卫星宽带通信网络无线网络

练习1．关于电磁波，下列叙述正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速B．电磁波可以发生反射现象C．电磁波和机械波一样依赖于介质传播D．随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息解析：A．电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故A错误；B．电磁波属于波的一种，能够发生反射等波特有的现象，故B正确；CD．电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质传播，不能在真空中传播，故CD错误。故选B。B练习2．关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（）A．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒B．工业上利用γ射线检查金属部件内部有无裂缝C．刑侦上用紫外线拍摄指纹照片D．卫星利用红外遥感技术拍摄云图照片解析：A．医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，故A错误；B．γ射线具有较强的穿透性，故工业上利用γ射线检查金属部件内部有无裂缝，故B正确；C．因为紫外线波长短，分辨率高，所以刑侦上用紫外线拍摄指纹照片，故C正确；D．因为红外线的波长较长，衍射能力较强，所以卫星利用红外遥感技术拍摄云图照片，故D正确。本题选不正确的，故选A。A练习3．（多选）“中国天眼”位于贵州的大山深处，是500m口径球面射电望远镜（FAST）。它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是（）A．电磁波在任何介质中传播速度均为3×108m/sB．红外线的波长比紫外线大C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论BD练习4．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用3000-5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术1880-2635MHz，频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是（）A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快 B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站 D．5G信号比4G信号更适合长距离传输B练习5．不同的电磁波产生的机理不同，表现出的特性也不同，因而其用途也不同。下列应用中符合实际的是()A．雷达是用X光来测定物体位置的B．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D．用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存D练习6．如图所示是中国天眼FAST­500m口径球面射电望远镜，其主要工作波长在分米到米的范围，则天眼接收的电磁波的频率区间为()A．106Hz～107Hz

B．108Hz～109HzC．1010Hz～1011Hz

D．1012Hz～1013HzB练习7．关于电磁场理论的叙述正确的是（

）A．变化的磁场周围一定存在电场，与是否有闭合电路无关B．周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C．周期性变化的电场和周期性变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D．电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场解析：A．根据麦克斯韦电磁场理论，变化的磁场周围一定存在着电场，与是