13.4 电磁波的发现及应用 课件 2022-2023学年高二上学期物理人教版2019必修第三册

第十三章

电磁感应与电磁波初步第4节

电磁波的发现及应用思考并回答问题。思考1：.红外线的频率比可见光的频率高还是低？根据电磁波谱上的位置说说它为什么叫红外线？用肉眼能不能观察到红外线？[答案]

红外线的频率低于可见光。在电磁波谱上红外线处在可见光红光的外侧，所以叫红外线。红外线不属于可见光，用肉眼不能观察到红外线。

正确的打“√”，错误的打“×”。（1）

麦克斯韦预言并验证了电磁波的存在。

(

)×（2）

变化的电场一定产生变化的磁场。

(

)×

√

√（5）

红外线的波长比紫外线的波长长。(

)√任务1

电磁场理论和电磁波的发现情境引入

收音机是通过接收广播电台发射的电磁波来播放节目的，手机也是通过接收和发射电磁波来实现实时通信的，电磁波的应用无处不在，已经与我们的生活息息相关。阅读课本“电磁场”与“电磁波”部分的内容，回答下列问题。问题引领1.麦克斯韦提出的电磁场理论是他在前人研究的基础上创立的，那么他是从什么现象提出“变化的磁场产生电场”的呢？他又是基于什么提出“变化的电场产生磁场”的呢？[答案]

法拉第发现电磁感应现象之后，麦克斯韦认为，既然磁场变化时产生了感应电流，一定有电场使电荷定向移动，即使变化的磁场中没有闭合电路，同样会产生电场；既然变化的磁场能产生电场，麦克斯韦又基于自然规律的统一性和对称性，大胆地假设变化的电场也应该会产生磁场。2.麦克斯韦是如何预言电磁波的存在的？[答案]

基于电磁场假设，麦克斯韦推断，假如在空间某区域存在不断周期性变化的电场，那么它就会在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化的电场，于是变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。3.电磁波的传播需要介质么？其传播速度是多少？

知识生成一、电磁场1.麦克斯韦对电磁感应现象的分析

在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路中会产生电流，一定是有了①_______，促使导体中的自由电荷做定向运动；即使在变化的磁场中没有②___________，同样会在空间产生③_______。即电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了④_______。电场闭合电路电场电场2.麦克斯韦的假设

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⑤_______之美。他大胆地假设：变化的电场产生⑥_______。对称磁场3.电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的⑦_________。电磁场二、电磁波1.麦克斯韦对电磁波的预言

如果在空间某区域中有⑧_________变化的电场，那么它就在空间引起⑨_________变化的磁场；这个⑩_______的磁场又引起新的⑪_______的电场。于是，变化的⑫_______和变化的⑬_______交替产生，由近及远向周围传播，形成了⑭_________。周期性周期性变化变化电场磁场电磁波2.电磁波的传播：电磁波可以在⑮_______中传播，电磁波的速度等于⑯_______。真空光速3.1886年，⑰_______通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论。赫兹应用探究[活动1]问题讨论打开音响，在音响旁拨打电话，会听见音响中被干扰产生的嘈杂的“兹兹”声。播放多媒体（通过网络）：（1）赫兹实验视频；（2）“神舟十二号”发射场面。（1）

为什么拨号的手机会使收音机产生杂音呢？[答案]

音响接收到手机的电磁波信号，对音响产生干扰，所以会听到杂音。（2）

下图是赫兹实验的装置示意图，请问赫兹通过此实验装置证实了什么问题？[答案]

实验捕捉到了电磁波，验证了麦克斯韦电磁场理论。（3）

在太空中，宇航员是通过声波还是通过电磁波与地球保持联系的？[答案]

通过电磁波。[活动2]对麦克斯韦电磁场理论的理解例1

下列有关电磁场理论的说法正确的是(

@31@

)。A.任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场B.任何电场都要在周围空间产生磁场C.任何变化的电场都要在周围空间产生磁场D.电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场C[解析]

根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，A项错误；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，B项错误；任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，C项正确；电场和磁场并不总是相互联系着的，只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，D项错误。分析问题.（1）静止电荷周围有静电场，有磁场吗？（2）静止磁体周围有磁场，有电场吗？[答案]

（1）没有。（2）没有。对麦克斯韦电磁场理论的理解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任务2

电磁波谱及电磁波的应用情境引入

电磁波和我们现代生活息息相关，在生活中有很多应用。但不同波长电磁波的产生机理和应用领域常常有很大区别。问题引领1.电磁波的波速与其频率、波长有什么关系？

2.什么是电磁波谱？举例说明不同电磁波的用途

知识生成

波长红外线紫外线3.不同电磁波由于具有不同的㉓_______（或频率），因此具有不同的特性。利用这些特性，电磁波在生产、生活中有广泛的应用，如：波长（1）

无线电波：长波、中波、短波可以用于㉔_______及其他信号的传输，微波可以用于㉕___________、电视等的信号传输。广播卫星通信（2）

红外线：可以用来㉖___________。加热理疗（3）可见光：可以用于观察世界。（4）

紫外线：可以㉗_______。消毒

诊断病情

应用探究[活动1]电磁波及其应用

ACD

分析问题.（1）电磁波的波长、频率、波速有怎样的关系？（2）紫外线能使感光底片感光吗？

电磁波谱中各种波段的特征用途波长特征用途无线电波大

小波动性强通信广播、导航等无线电技术红外线热效应强加热、遥测、遥感、红外制导可见光引起视觉照明、摄影等紫外线化学效应日光灯、杀菌消毒、治疗皮肤病等贯穿性强检查、探测、医用透视、治疗等贯穿本领最强工业探伤、探测、治疗等[活动2]雷达测距

图1图2

分析问题.（1）怎样计算汽车与雷达间的距离？（2）汽车两次反射电磁波的时间间隔是多少？

任务3

电磁波的能量和电磁波通信情境引入

下图是现代家庭厨房必备的微波炉结构图，食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高，内能增大，食物增加的能量就是微波给它的。问题引领1.自然界中，物质的存在有哪几种形式？[答案]

两种，一种是以实物粒子的形式存在，一种是以场的形式存在。2.请举例说明电磁波是具有能量的物质。[答案]

例如，光是一种电磁波，光照可以使物体温度升高，说明光具有能量；又例如，收音机接收电台发射的无线电波，在其天线中感应出电流，说明无线电波也具有能量；又例如，紫外线是通过对微生物（细菌、病毒、芽孢等病原体）的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的，说明紫外线具有能量，等等。3.查阅资料，请举例说明电磁波通信的应用。[答案]

电磁波最早在通信的应用就是电报，现代应用已经非常广泛，比如有无线电台、移动电话、卫星通信、无线宽带、电器遥控、航天器与地球之间的通信，等等。知识生成1.电磁波具有㉙_______，电磁波是一种客观存在的㉚_______。能量物质2.负责通话的电信网、广播电视网和互联网中的信息都是通过㉛_________来传递的。电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以㉜_______传播。电磁波无线应用探究[活动1]问题讨论两个人在同一地点用手机通话时，信号是直接相互传播的吗？[答案]

不是。两个人在同一地点用手机通话时，信号也要通过附近的基站传到总机，总机对信号处理后再传给基站发射出来，由另一手机接收。不过此时两手机共用一个基站。[活动2]对电磁波具有能量的理解例4

（多选）关于电磁波，下列说法正确的是(

@61@

)。A.移动电话通信是通过电磁波来实现的B.紫外线能杀菌消毒是因为紫外线具有较高的能量，可以穿透细胞膜C.电磁波的传播需要介质D.电磁波能传播信息，也能传播能量ABD[解析]

移动电话通信是通过电磁波来实现的，A项正确；紫外线具有较高的能量，能穿透细胞膜，可以用来杀菌消毒，B项正确；电磁波的传播不需要介质，C项错误；电磁波能传播信息，也能传播能量，D项正确。分析问题.（1）

紫外线为什么能杀菌消毒？[答案]

紫外线具有较高的能量。（2）

电磁波在传播时可以传递能量吗？[答案]

可以。电磁波的能量（1）光是一种电磁波，光具有能量。（2）电磁波具有能量，电磁波是一种物质。1.（任务1）关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(

@65@

)。A.在电场周围一定存在着磁场B.任何变化的电场周围一定存在着变化的磁场C.均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场D.振荡电场在它周围的空间一定产生同频率的振荡磁场D[解析]

在变化的电场周围才存在磁场，振荡的电场（非均匀变化的）会产生同频率周期性振荡的磁场。均匀变化的磁场周围存在着稳