13.4 电磁波的发现及应用 （32张PPT） 高二物理 人教版2019 必修第三册

(共32张PPT)
13.4电磁波的发现及应用
第十三章《电磁感应与电磁波初步》
电视塔
移动通信基站
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？
一、电磁场
科学家们发现电磁波的历程
麦克斯韦
奥斯特
安培
法拉第
奥斯特首先发现了电流的周围有磁场
安培进一步做了很多有关电和磁的的研究工作
法拉第发现了磁生电的方法，并首先提出了力线和场的概念
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。
麦克斯韦
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英国物理学家。
一、（麦克斯韦）电磁场
麦克斯韦：
观点1：变化的磁场产生电场
在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。
电磁感应现象的实质
没有闭合电路，也同样要在空间产生电场。
1：均匀变化的磁场产生恒定的电场
2：不均匀变化的磁场产生变化的电场
（周期性变化的磁场产生周期性变化的电场）
根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场。而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。
麦克斯韦：
观点2：变化的电场产生磁场
1：均匀变化的电场产生恒定的磁场
2：不均匀变化的电场产生变化的磁场
（周期性变化的电场产生周期性变化的磁场）
一、（麦克斯韦）电磁场
对麦克斯韦电磁理论的理解：
恒定的电场不产生磁场
均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场
不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
振荡电场产生同频率的振荡磁场
恒定的磁场不产生电场
均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场
不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场
振荡磁场产生同频率的振荡电场
一、（麦克斯韦）电磁场
伟大的预言——电磁波
电场E
磁场B
电场E
电场E
磁场B
电场E
（1）空间可能存在周期性变化的电磁场
变化
的电场
变化
的磁场
变化
的电场
产生
（2）变化的电磁场向外传播，就形成了电磁波
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。
产生
产生
产生
二、电磁波
(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。
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。
新的电场和磁场
机械波的传播
声波 水波 传播需要介质
电磁波可以在真空中传播，不需要介质。
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。
二、电磁波
3、电磁波的特点：
（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
（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、电磁波
典型考点一　电磁场与电磁波
1．(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A．有电场的空间一定能产生磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
D．周期性变化的磁场周围一定产生周期性变化的电场
解析　根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场(或磁场)才能产生磁场(或电场)，变化的电场(或磁场)不一定产生变化的磁场(或电场)，周期性变化的电场(或磁场)一定产生周期性变化的磁场(或电场)，C、D正确。
答案
解析
2．手机A的号码为13911330001，手机B的号码为13911330002，手机A拨打手机B时，手机B发出响声并且显示屏上显示A的手机号码13911330001，若将手机A置于一透明真空罩中，用手机B拨打A，则发现手机A(　　)
A．能听到响声，并显示B的号码13911330002
B．不能听到响声，但显示B的号码13911330002
C．不能听到响声，但显示A的号码13911330001
D．既不能听到响声，也不显示号码
解析　电磁波可以在真空中传播，而声波的传播需要介质。当用手机B拨打手机A时(A置于一透明真空罩中)，A能显示B的号码，但不能听到A发出的响声，故B正确。
答案
解析
3．一雷达站探测敌机时荧光屏上出现的记录图像如图，A是发射时的雷达探索波的脉冲波形，B是敌机反射回来的脉冲波形，则敌机距雷达站的距离是(　　)
A．9×105 m B．4.5×105 m
C．3×105 m D．无法确定
答案
解析
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？
赫兹的电火花
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
二、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。
二、电磁波
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。
三、电磁波谱
三、电磁波谱
电磁波谱（背顺序）
按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来。
①可见光只是电磁波中的一小部分
②不同的电磁波由于具有不同的频率，才具有不同的特性。
答案
解析
5．不同的电磁波产生的机理不同，表现出的特性也不同，因而其用途也不同。下列应用中符合实际的是(　　)
A．雷达是用X光来测定物体位置的
B．医院里常用X射线照射病房和手术室进行消毒
C．用红外线照射时，大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D．用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存
解析　雷达是用无线电波来测定物体位置的，故A错误；紫外线有显著的化学作用和荧光效应，可利用紫外线消毒，也可以用来验钞，故B、C错误；用γ射线照射马铃薯，可防止其发芽，以便长期保存，故D正确。
答案
解析
6．如图所示是中国天眼FAST 500 m口径球面射电望远镜，其主要工作波长在分米到米的范围，则天眼接收的电磁波的频率区间为(　　)
A．106 Hz～107 Hz B．108 Hz～109 Hz
C．1010 Hz～1011 Hz D．1012 Hz～1013 Hz
答案
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
四、电磁波的能量
电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给观众
五、电磁波通信
无线网络
雷达
五、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？
广播
传输
卫星通信
加热理疗
通信
消毒
诊断病情
摧毁
例4.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
1、中央广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光(可见光)、人体透视用的X光，这些都是电磁波，它们的频率分别为f1、f2、f3、f4，可以判断正确的是(　　)
A．f1＞f2＞f3＞f4　　　 B．f1＜f2＜f3＞f4
C．f1＜f2＜f3＜f4　 D．f1＞f2＞f3＜f4
查找资料知道这些波的波长由大到小，由c＝λf可得他们的频率f由小到大，故C正确．
C
1、(多选)根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A．电场一定能产生磁场，磁场也一定能产生电场
B．变化的电场一定产生磁场
C．稳定的电场也可以产生磁场
D．变化的磁场一定产生电场
根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，形成一个统一的、不可分割的电磁场．变化的电场一定产生磁场，稳定的电场不产生磁场，故A、C错误，B正确．同理知D正确．
BD
【例题1】(多选)下列关于电磁波的叙述中，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3×108 m/s
C．电磁波在真空中能传播
D．电磁波具有波的一切特征
解析：
ACD
电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故A正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3×108 m/s，故B错误；电磁波能在真空中传播，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，故D正确．