(共33张PPT)
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
课堂引入
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。
古时候往往要等上很久才能进行一次信息交流，只有最紧急的事才会用到八百里加急。
课堂引入
为了更好地传递信息，在古代神话小说里就出现了"顺风耳和千里眼"。
电视塔
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。
移动通信基站
太空授课
课堂引入
电磁波是如何产生的呢？
历史足迹——电磁学领域的大咖
库仑
安培
一、电磁场
奥斯特
法拉第
法拉第发现电磁感应的那年，一位科学巨星在英国爱丁堡诞生了，他就是——麦克斯韦。
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。
麦克斯韦
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英国物理学家
一、电磁场
电磁感应现象：在变化的磁场中放入一个闭合的导体回路，闭合导体
回路中就产生感应电流。
电流
电荷的定向移动
电场
闭合导体回路
变化的磁场
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。
一、电磁场
思考：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！
一、电磁场
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。
麦克斯韦经过反复思考提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。
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？
一、电磁场
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
一、电磁场
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。
伟大的预言——空间可能存在电磁波
变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播。
变化
的电场
变化
的磁场
变化
的电场
新的电场和磁场
二、电磁波
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。
二、电磁波
1.电磁波的传播
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——光是一种电磁波。
2.电磁波的传播速度
二、电磁波
3.赫兹证实了电磁波的预言
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。
二、电磁波
赫兹的电火花
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。
二、电磁波
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。
二、电磁波
赫兹的电火花
做一做
捕捉电磁波
激发
电磁波形成示意图：
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
激发
激发
激发
二、电磁波
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
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。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。
1.波的特性
v
λ
波峰
波谷
三、电磁波谱
2.波速、波长、频率的关系
波速：v=λ/T=λf
（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，v介（1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×10 8m/s；
（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）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；
3.电磁波的特点
三、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。
三、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；
三、电磁波谱
（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；
三、电磁波谱
（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。
1. 电磁波具有能量
2. 电磁波是一种物质
3. 光是一种电磁波，光具有能量
风扇
波导管
磁控管
控制面板
屏蔽网
门
四、电磁波的能量
赫兹通过实验证实了电磁波的存在,这意味着,电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。
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,可见,电磁波具有能量。
电磁波携带信息，既可以有线传播，也可以无限传播。
电信网、广播电视网、互联网、卫星宽带通信网络
五、电磁波通信
五、电磁波通信
万物互联的全新时代
五、电磁波通信
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
课堂小结
能量通信
1. 电磁波具有能量
2. 电磁波是一种物质
电磁波谱
波速：v=λ/T=λf
【典例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
典例分析
【正确答案】D
【典例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
典例分析
【正确答案】D
【典例3】（多选）下列关于电磁波的说法中正确的是（ ）
A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波
B.电磁波传播需要介质
C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在
D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
典例分析
【正确答案】CD
点拨：如果电场（或磁场）是均匀变化的，产生的磁场（或电场）是恒定的，就不能产生新的电场（或磁场），也就不能产生电磁波。电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质。
【典例4】电磁场理论预言了什么（ ）
A.预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场
B.预言了变化的电场能够在周围空间产生磁场
C.预言了电磁波的存在,电磁波在真空中的传播速度为光速
D.预言了电能够产生磁,磁能够产生电
典例分析
【正确答案】C
【典例5】（多选）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
【正确答案】BCD
