第十三章 第4节电磁波的发现及应用--人教版高中物理必修第三册教学课件(共30张PPT)

(共30张PPT)
第4节 电磁波的发现及应用
第十三章 电磁感应与电磁波初步
物理
学习目标
1.理解麦克斯韦的电磁场理论。
2.知道电磁波是如何形成的。
3.知道电磁波在真空中的传播速度及波长、频率和波速的关系。
4.知道电磁波谱的组成及各波段的特点、应用。
学习重难点
难点:
1.理解麦克斯韦的电磁场理论。
2.知道电磁波是如何形成的。
重点:
1.知道电磁波在真空中的传播速度及波长、频率和波速的关系。
2.知道电磁波谱的组成及各波段的特点、应用。
新知导入
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，电磁波是谁发现的？他又是怎样发现的呢？
麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、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）对麦克斯韦电磁场理论的理解
【分析】：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地移动，引起了感应电流。
变化的磁场产生电场
既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？
新知讲解
【现象】：变化的电场周围小磁针发生摆动
【分析】：电容器充放电时，周围的小磁针摆动，说明小磁针所在处产生了另一个磁场，使小磁针发生摆动，这个磁场是由电荷运动在周围空间产生的变化电场引起的。
变化的电场产生磁场
电磁场
在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流。这是法拉第发现的电磁感应现象。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做定向运动；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。因此，麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场产生了电场。
既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设：变化的电场就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。
按照这个理论，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。
根据这两个基本论点，麦克斯韦推断：如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁区场又引起新的变化的电场。于是,变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，即空间中存在电磁波。
（二）电磁波、电磁波谱及电磁波的应用
①电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波
②电磁波传播的速度等于光速。光是一种电磁波。
③电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。电磁波是横波。
赫兹实验
在我们身边到处都有电磁波的影子,它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波,哪些不属于电磁波
(1)微波炉加热食物时发出的波。
(2)电视发射塔发出的波。
(3)互联网光缆中传播的波。
(4)电视机遥控器发出的波。
[例1] 关于电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A.在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
典例探究
[分析]要注意电场或磁场是如何变化的,变化规律不同,产生的场的特点也不相同。
[解答]根据麦克斯韦电磁场理论,只有变化的电场能产生磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,非均匀变化的电场才产生变化的磁场,周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场,磁场产生电场也是如此,A、B、C错误,D正确。
答案:D
[针对训练1](多选)根据麦克斯韦的电磁场理论,以下叙述正确的是(　　)
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场
C.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场产生稳定的电场
D.只要空间某处的电场或磁场发生变化,就会在其周围产生电磁波
解析:教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器中的电流是交变电流,在其周围产生交变磁场和电场, 故选项A、B正确;稳定的电场不会产生磁场,稳定的磁场不会产生电场,故选项C错误;只有周期性变化的电场和磁场才能交替产生,由发生区域向外传播形成电磁波,故选项D错误。
答案:AB
[例2](多选)关于电磁波与声波的比较，下列叙述正确的是(　　)
A.电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质
B.由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大
C.由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大
D.电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定，与频率无关
[分析]选项A、B均与事实相符, A、B正确。根据v=λf,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,C正确。电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小, D错误。
[答案]ABC
[针对训练2](多选)下列关于电磁波的说法,正确的是(　　)
A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.0×108 m/s
C.电磁波由真空进入介质传播时,波长将变短
D.只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁场,就能产生电磁波
解析:电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播,在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,在其他介质中的传播速度减小,波长相应变短。此外，只有周期性变化的电场和磁场才能产生电磁波,A、C正确,B、D错误。
答案:AC
[例3] 下面列出了一些医疗器械的名称和这些器械应用的物理现象，请将相应的字母填写在应用这种现象的医疗器械后面的空格上。
(1)X光机，________。
(2)紫外线灯，________。
(3)用理疗“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好，这里的“神灯”是利用_____。
A.紫外线具有很强的荧光作用
B.紫外线具有杀菌消毒作用
C.X射线具有很强的贯穿力
D.红外线具有显著的热效应
[分析](1)X光机是用来透视人的体内器官的,因此需要具有较强穿透力的电磁波,但又不能对人体造成太大的伤害,因此应用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大伤害的X射线,选择C。
(2)紫外线灯主要是用来杀菌的,因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用,因此选择B。
(3)“神灯”又称红外线灯,主要是用于促进局部血液循环,它利用的是红外线的热效应,使人体局部受热,血液循环加快,因此选择D。
[答案](1)C　(2)B　(3)D
课堂练习
1. (关于麦克斯韦电磁场理论的理解) (多选)关于麦克斯韦的电磁场理论及其成就,下列说法正确的是(　　)
A.变化的电场可以产生磁场
B.变化的磁场可以产生电场
C.证实了电磁波的存在
D.预见了真空中电磁波的传播速度大于光速
答案：AB
2. (对电磁波谱的认识)电磁波包含了γ射线、红外线、紫外线、无线电波等,按波长由长到短的排列顺序是(　　)
A.无线电波、红外线、紫外线、γ 射线
B.红外线、无线电波、γ射线、紫外线
C.γ射线、红外线、紫外线、无线电波
D.紫外线、无线电波、γ射线、红外线
答案：A
3. (麦克斯韦电磁场理论的应用)(多选)根据麦克斯韦电磁场理论,变化的磁场可以产生电场。当产生的电场的电场线如图所示时,可能是(　　)
A.向上方向的磁场在增强
B.向上方向的磁场在减弱
C.向上方向的磁场先增强,然后反向减弱
D.向上方向的磁场先减弱,然后反向增强
答案：AC
4. (电磁波的利用) (多选)目前雷达发射的电磁波频率多在200 MHz至1 000 MHz的范围内。下列关于雷达和电磁波的说法正确的是(　　)
A.真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3 m至1.5 m之间
B.电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C.测出从发射电磁波到接收到反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.雷达使用的是无线电波的微波波段
答案：ACD
课堂小结
谢谢大家