物理人教版2019必修第三册13.4 电磁波的发现及应用（共43张ppt）

(共43张PPT)
第十三章 电磁感应与电磁波初步
§13.4 电磁波的发现及应用
这些都是电磁波！
电磁波是如何产生的呢？
奥斯特
电流的磁效应
法拉第
电磁感应现象
一、麦克斯韦的电磁场理论
1、变化的磁场产生电场
装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，右面的线圈中产生感应电动势。
线圈中产生感应电动势说明了什么？
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
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。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
韦伯穿过一个又一个欧姆。把回音带给我──“我是你忠实而又真诚的法拉，充电到一个伏特，表示对你的爱。——麦克斯韦
麦克斯韦
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英国物理学家。
一、麦克斯韦的电磁场理论
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？
有电场、无电流。
想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？
有！
思考
猜测
一、麦克斯韦的电磁场理论
既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？
2、变化的电场产生磁场
对称性
大胆假设
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
二、电磁场
思考与讨论
如果一个变化的电场会产生一个变化的磁场，那么下面还要发生什么现象呢？
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。
B
B
E
E
E
E
1、电磁场
注意：
(1)变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。
(2)在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的，而静电场中的电场线是不闭合的。
一、对电磁理论的理解
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
1、对麦克斯韦电磁理论的理解
二、电磁场
非均匀变
化的磁场
变化电场
若是均匀变化
稳定磁场
不再激发
若非均匀变化
变化磁场
若是均匀变化
稳定电场
若非均匀变化
2、电磁波形成示意图：
激发
激发
激发
激发
3、电磁波的特点：
（1）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
二、电磁场
波速：v=λ/T=λf
3、电磁波的特点：
二、电磁场
（3）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，v介（2）电磁波可以在真空中传播速度等于光速
c=3×10 8m/s
（5）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。
（6）电磁波有能量。
（4）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
典例分析
例1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ）
A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场
B、变化的磁场在周围产生变化的电场
C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场
D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场
均匀变化的磁场（电场）产生恒定的电场（磁场）
D
例2、关于电磁波，下列说法中正确的是（ ）
A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波
B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波
C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直
D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象
典例分析
恒定的磁场，不再继续激发电场，形不成电磁波
BCD
横波
非均匀变化磁场
激发
变化电场
均匀变化
激发
稳定磁场
不在激发
若非均匀变化
激发
变化磁场
均匀变化
激发
稳定电场
非均匀变化
电场和磁场的变化关系
三、赫兹的电火花
赫兹用实验证实电磁波的存在
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。
[传播条件] 机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。
[传播规律] 都遵循“v=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。
[传播本质] 机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。
思考与讨论
电磁波与机械波有何区别呢？
三、赫兹的电火花
生活中电磁波的产生
典例分析
例3、任何电磁波在真空中都具有相同的（ ）
A、频率
B、波长
C、波速
D、能量
C
四、电磁波
波长
波峰
波峰
波谷
波谷
在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。
描述波的物理量有波长、频率和波速，初中的时候我们学习过：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰； 凹下的最低处叫作波谷。相邻的两个波峰 （或波谷） 的距离叫作波长 。
水波不停的向远方传播，描述波传播快慢的物理量叫作波速。
波速、波长、频率之间有什么样的关系呢？
水波
四、电磁波
1、波速等于波长乘以频率，这个关系对电磁波同样适用。
2、 公式：c=λ f 真空中：c=3×108m/s
真空中：波长越大，频率越小!
波速 : c
波长 : λ
频率 : f
电磁波
3、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。
4、电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等现象。
1、电磁波谱：
按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱。
五、电磁波谱
2、由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱。
五、电磁波谱
无线电波
微波
红外线
可见光
紫外线
可见光
X射线
γ射线
从左向右频率逐渐增大，波长逐渐减小
不同的电磁波由于具有不同的频率,才具有不同的特性
例4.根据电磁波谱，选出下列各组电磁波，其中频率互相交错重叠，且波长顺序由短到长排列的是（　　）
A．微波、红外线、紫外线
B．γ射线、X射线、紫外线
C．紫外线、红外线、无线电波
D．紫外线、X射线、γ射线
B
六、电磁波的能量
通过前面的学习我们知道电磁波无处不在，生活中常常用微波炉、红外烤箱加热或烤制食物，电磁波可以使氖炮发光，阳光使我们变得温暖，这些都说明电磁波具有能量。
虽然除了可见光之外的电磁波我们都看不到，但是它们是真实存在的物质，是场物质，是实物粒子之外的另外一种存在形式。
微波炉
1 . 电磁波具有能量。
2 . 电磁波是一种场物质。
中国天眼FAST
电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给观众
七、电磁波通信
手机通过电磁波，帮我们传达信息
七、电磁波通信
这是一个渐渐被我们遗忘的科技
七、电磁波通信
无线网络
雷达
七、电磁波通信
汽车的防盗系统
七、电磁波通信
卫星传输信号
七、电磁波通信
万物互联的全新时代
5G是什么呢？简单说就是第5代移动通信技术。如果说4G改变生活的话，那么5G将改变社会。这种通信技术未来跟人工智能、大数据紧密结合，会开启一个万物互联的全新时代。我们可以为一头牛、一头羊装上通信装置，可以为一台设备、一座铁塔装上通信装置，可以为一座桥梁、一个隧道装上通信装置，甚至是一草一木、一纸一笔等等，万物互联的场景将逐步走向现实。
5G是什么？你认为5G技术对社会发展有着什么样的重要意义？
课堂小结
一、电磁波的发现过程
“磁生电”
赫兹检测到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。
麦克斯韦猜想与假设：
1.变化的磁场产生电场
“电生磁”
2.变化的电场产生磁场
麦克斯韦预言了电磁波的存在预言光是一种电磁波
二、电磁波谱及其应用
通过对电磁波谱的学习，我们了解了电磁波的主要特征及其物质性和其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。
巩固练习
1.按照麦克斯韦电磁场理论，以下说法中正确的是（　　）
A．电场一定产生磁场，磁场一定产生电场
B．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场
C．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场
D．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的磁场产生均匀变化的电场
C
巩固练习
2.下列各组电磁波，按波长由长到短排列正确的是（ ）
A.紫外线、可见光、红外线、 γ射线
B.可见光、红外线、紫外线、 γ射线
C.γ射线、红外线、紫外线、可见光
D.红外线、可见光、紫外线、 γ射线
D
巩固练习
3．各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是（　　）
A．γ射线、紫外线、可见光、红外线
B．γ射线、红外线、紫外线、可见光
C．紫外线、可见光、红外线、γ射线
D．红外线、可见光、紫外线、γ射线
A
巩固练习
4．电磁波在空气中传播的速度是3×108，某广播电台发射的电磁波频率为1161kHz，其波长最接近于（ ）
A．2.6×102 B．2.6×103
C．2.6×104 D．2.6×105
D
【详解】根据c＝λf得 ，故选D
巩固练习
5．关于电磁波的应用，下列说法不正确的是（　　）
A．无线电波广泛应用于通信和广播
B．红外线探测器能探测出物体的红外辐射
C．适量的紫外线照射，对人体健康有益
D．因为射线穿透能力不强，不能用来检查金属内部伤痕
D