6.4 电磁波及其应用 （28页）课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册

(共28张PPT)
第六章 电磁现象与电磁波
第4节 电磁波及其应用
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。
那么，电磁波是怎样发现的呢？
1.了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦的电磁场理论
2.知道电磁波是如何形成的，通过观察生活中的现象，进一步了解电磁波。
3.了解电磁波物质性。
4.了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。
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。
法拉第发现了电磁感应现象，麦克斯韦进一步想到：既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷定向移动；即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间产生电场，即变化的磁场产生电场。
麦克斯韦　1831-1879
变化的磁场
涡旋电场
闭合电路
感应电流
一、电磁场
麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，他大胆的假设：变化的电场会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。
一、电磁场
2 . 变化的电场产生磁场
1 . 变化的磁场产生电场
3 . 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电磁场。
麦克斯韦电磁场理论：
一、电磁场
1 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场
2 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
3 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
4 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
对麦克斯韦电磁理论的理解
一、电磁场
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
空间可能存在电磁波
电场
电场
电场
磁场
电场
周期性变化的电场
磁场
电场
电磁波的产生：变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波
二、电磁波
1 . 麦克斯韦伟大的预言——空间可能存在电磁波。
电磁波的传播速度等于光速；预言光是一种电磁波。
3 . 赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论；
测出电磁波传播速度与光速相同，证实了光是电磁波。
电磁波的产生：变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波
2 . 电磁波的传播不需要介质，依靠的是电场和磁场的相互“激发”
二、电磁波
实验1：打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播. 然后开大音量. 如图6-4-1所示，在收音机附近，将一根导线的一端连接电池的一个电极，另一端反复碰触电池的另一电极，会发现什么现象 为什么会产生这种现象
当导线另一端反复碰触电池的另一电极时，收音机会发出“喀喀”声.这是因为在导线与电池电极反复碰触过程中，电路中有迅速变化的电流，即产生了变化的电场，变化的电场又产生了变化的磁场，电磁场向四周传播形成了电磁波，对收音机所接收到的电磁波产生了干扰.
二、电磁波
实验2：打开电风扇，将它靠近收音机，又会发现什么现象 为什么
将转动的电风扇靠近收音机同样会听到收音机发出“喀喀”声，这是由于电风扇中电动机使用的是交变电流，变化的电流产生的电磁波对收音机产生干扰.
实验3：将收音机调至可以收听广播电台的频道，在听到清晰的广播电台播音后，把收音机放进一只纸质的盒子里，盖紧纸盒的盖子，观察收音机是否还能收到广播.
将收音机放进紧盖盖子的纸盒中，同样能够听到清晰的广播电台播音，表明纸盒并不能屏蔽电磁波.
实验4：取一个铝饭盒，将正在清晰播音的收音机放入其中，盖紧饭盒盖子，再次观察会出现什么现象.
当盖紧铝饭盒的盖子后，贴近铝饭盒听不到清晰的广播电台的播音，而只能听到杂音，这说明铝饭盒对广播电台发出的电磁波产生了屏蔽效果. 我们在高层建筑的地下层，有时接收不到广播电台的信号也是同样的道理.
1．波长、频率和波速
（1）波长：相邻的两个波峰(或波谷)之间的距离作波长。符号：λ
单位：m。
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。
波长
波长
三、电磁波谱
（2）频率：在1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少，用f表示。
单位：赫兹（Hz） 千赫（kHz） 1KHZ=1000HZ
兆赫（MHz）1MHZ=1000KHZ
（3）波速、波长、频率三者之间的关系是：波速＝波长 × 频率
如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率：c＝λ f
电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。
三、电磁波谱
2.电磁波谱
长波 中波 短波
红外线
紫外线
X射线
γ射线
微波
可见光
无线电波
波长/m
102
10
10-2
10-4
10-6
10-8
10-10
10-12
收音机 电视 红外线理疗仪 紫外线消毒灯 X 射线胶片 伽马刀
（1）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
（2）电磁波的频率范围很广，无线电波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、 γ射线，都是电磁波。它们的波长越来越短，频率越来越高。①无线电波：长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。
②红外线可以用来加热理疗，所有物体都会发射红外线；物体的红外辐射跟温度有关。
应用：红外体温计、红外夜视议、红外摄影、红外遥感技术等。
三、电磁波谱
③可见光
可见光让我们看见这个世界，也可以用于通信。作用：引起人眼视觉。
④紫外线
紫外线可以消毒，紫外线看不见。消毒灯、验钞机灯除发出紫外线外，还发出少量紫光和蓝光。
⑤x射线和γ射线
x射线用于人体检查如CT扫描；x射线用于金属缺陷探测、安全检查等；γ射线可以治疗某些癌症，也可用于金属缺陷探测等。
三、电磁波谱
1 . 电磁场具有能量
微波炉
光压现象
2 . 电磁场具有质量
3 .电磁场和电荷系统相互作用时遵守动量守恒定律和能量守恒定律
电磁场具备物质的各类性质，是物质存在的基本形态之一
四、电磁场的物质性
通常电视广播使用微波传送电视信号．微波只能沿直线传播
1、电视广播
五、电磁波的应用
雷达工作时使用的是微波
2、雷达
3.移动电话
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
2. （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
B．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
3．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
3．中国航天员在天宫一号空间实验室上成功进行了太空授课。已知天宫一号空间实验室轨道半径为 6740 km ，地球半径为 6400 km，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号空间实验室发至地面接收站，最少需要多少时间？
答：空间实验室距地面接收站的最短距离 x＝(6740－6400) km＝340 km ，电磁波的传播速度为 c ，故传播的最短时间 t＝＝1.13×10-3 s 。
4．中国航天员在天宫一号空间实验室上成功进行了太空授课。已知天宫一号空间实验室轨道半径为 6740 km ，地球半径为 6400 km，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号空间实验室发至地面接收站，最少需要多少时间？
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。