13.4 电磁波的发现及应用 课件(共25张PPT)

(共25张PPT)
电磁波的发现及应用
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要解决的问题：
电磁波是什么？是物质吗？
电磁波是如何产生的？
电磁波是如何传播的？传播速率是多大？
什么是光？
电磁波有哪些应用？
一、电磁场
问题1：磁场变化如图.环内有感应电流吗？
问题2：金属环内电子定向移动的原因是什么？
闭合金属环
B
B
t
O
变化的磁场
恒定电路中，由于电源作用，在电路内建立恒定电场，电荷受电场力发生定向移动形成电流。
闭合回路的磁通量变化，产生感应电流.电荷定向移动必定要受到电场力作用，说明在闭合回路周围空间产生了电场。
麦克斯韦提出：变化的磁场在周围空间产生电场。
变化的磁场在周围空间产生电场。磁场在竖直面内，电场在水平面内，电场和磁场垂直。
B
B
t
O
麦克斯韦有着深厚的数学功底（和法拉第形成鲜明对比），相信自然规律的统一性与和谐性，根据电场和磁场的对称性，大胆假设：变化的电场在周围空间会产生磁场。
麦克斯韦认为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。变化磁场和电场相互联系，形成一个统一体——电磁场。
麦克斯韦简介
麦克斯韦8岁时母亲因肺结核逝世，由父亲照顾抚养教育.
14岁时发表第一篇数学论文，受到数学教授称赞，后毕业于剑桥大学,理论功底深厚.
著有《电磁通论》，提出电磁场理论，预言电磁波;建立气体分子热运动分布规律.
James Clerk Maxwell
(1831-1879)
二、电磁波
麦克斯韦在前人发现的基础上，建立电磁场理论——麦克斯韦方程组，建立统一电和磁的系统理论。
根据电磁场理论：周期性变化的电场，在空间引起周期性变化的磁场；变化的磁场又引起新的变化的电场……。变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，产生电磁波。
周期性变化的电场
电场
电场
电场
磁场
磁场
电场
空间同时存在变化电场(E)和变化磁场(B)
电磁波传播方向与E和B方向均垂直
麦克斯韦计算电磁波的传播速度等于真空中的光速c，提出：光是遵循电磁定律在场中传播的电磁扰动。
电磁波可以在真空中传播，不需要媒介.机械波，例如声波的传播必须需要某种媒介(气体、液体或固体).
声波传播模拟示意图
电磁波的实验证明工作由德国物理学家赫兹完成.1888年，赫兹在德国卡尔斯鲁厄高等工业学校工作期间，利用自己制作的实验仪器证实了电磁波的存在，并研究了电磁波的反射、折射等规律，测量电磁波的传播速度，证实了麦克斯韦电磁场理论的正确性。
感应圈
A
B
C
D
三、电磁波谱
相邻两个波峰之间的距离叫波长λ.不同电磁波波长不同，与频率f 满足关系式，
c=λf.
c为电磁波在真空中的传播速率.
波长越长，频率越小.
无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线均为电磁波，它们区别是频率（波长）不同。不同频率的电磁波在真空中的传播速度均相同(均为c)，但在其他介质中传播速度不同，与电磁波的频率有关(称为电磁波的色散)。
电磁波谱(按波长或频率排列)
不同波长的电磁波特性不同，在生活、生产中均有着广泛应用.
X射线能穿透物质，用于检查人体内部器官.
红外线被用于夜视设备和监控摄像头，在军事上被广泛应用.
雷达是利用电磁波的反射侦测目标的专用设备。天线发射出定向的电磁波脉冲，遇到目标被反射回来，再被天线接收。依据反射波的方向和反射脉冲相对于发射脉冲延迟的时间，测量目标的方位和距离。
可见光波长大约在390nm-760nm，能引起人的视觉反应.光的颜色决定于光的频率.
颜色 波长/nm
红光 622-760
橙光 597-622
黄光 577-597
绿光 492-577
青光 450-492
蓝光 435-450
紫光 390-435
四、电磁波的能量
在冬季阳光照耀在身上，人感受温暖；夏季的太阳又让人躲在遮阳伞下……，可见光具有能量。
放射性治疗利用X射线、γ射线的高能量破坏细胞分子结构，杀死肿瘤细胞。
微波炉使用的电磁波波长为122mm.食物中的水分子在电磁场作用下热运动加剧，内能增加，温度升高.
电磁波由周期性变化的电场和磁场在空间中传播形成，即电磁波是在空间传播的电磁场。电场和磁场具有能量，电磁波具有能量。
能量储存在电磁场所在的空间，分布在整个空间范围，用能量密度描述——单位体积空间包含的能量，与电场强度E和磁感应强度B有关。
五、电磁波通信
赫兹虽首先验证电磁波的存在，却认为用电磁波传递信息是不可行的。
工程师马可尼发明了无线电报，把无线电通讯从试验扩展到大规模实际应用，被誉为“无线电之父”。
马可尼因在无线电通信方面的贡献荣获1909年诺贝尔物理学奖。
马可尼(1874-1937)
意大利物理学家
课堂小结
1.电磁场：变化的电场和磁场形成统一的电磁场
2.电磁波：周期性变化的电场和磁场互相激发，在空间传播形成电磁波.
3.电磁波谱
c=λf；应用
4.电磁波具有能量.
5.电磁波通信应用
作业
本节“练习与应用”习题