新教材物理必修第三册 13.4 电磁波的发现及应用 课件（25张ppt）

第4节 电磁波的发现及应用
1.了解发现电磁波的历史背景，知道麦克斯韦对电磁学的伟大贡献。
2.了解麦克斯韦电磁场理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。
3.知道波速c与频率f和波长λ的关系式c=λf，知道电磁波谱。
4.知道电磁波具有能量，是一种物质。
5.了解电磁波谱中各波段的主要特征和在经济、科技、社会发展中的应用。
学习目标
两个基本观点
a、变化的磁场产生电场
b、变化的电场产生磁场
一 电磁场
电磁场理论的核心之一：
变化的磁场产生电场
如右图,交流电产生了周期变化的磁场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光
讨论:
如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?
线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?
若改成恒定的直流电,还有电场吗?
有电场,无电流
有
无
麦克斯韦认为在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,导体环只是用来显示电流的存在
说明:在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的 (涡旋电场)
电场线
电磁场理论的核心之二:
变化的电场产生磁场
麦克斯韦假设: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
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
理解: (1) 电场均匀变化产生稳定磁场
(2) 非均匀变化产生变化磁场
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
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
非均匀变化的磁场
激发
变化电场
均匀变化
激发
稳定磁场
不再激发
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
同周期
麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。
B
B
E
E
E
E
二 电磁波
变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。
电磁波的特性：
a、不需要传播介质，可以在真空中传播。
b、传播速度等于光速。
c、光是一种电磁波。
B
B
E
E
E
E
麦克斯韦英年早逝，没有见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理，这是赫兹的功劳。
现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。
L
接收线圈
发射电路
电磁波
E
C
K
A
B
赫兹的电火花
三、电磁波谱
1.波峰与波谷:在一列水波中,凸起的_______叫作波峰;凹下的_______叫作波谷。
最高处
最低处
2.波长、频率与波速:如图邻近的两个_______(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号___来表示;波的频率是在1 s内有多少次_______(或波谷)通过,频率用符号____来表示;波速是用来描述波传播_______的物理量,波速用符号____来表示。
波峰
λ
波峰
f
快慢
c
3.波速、波长、频率三者之间的关系:c=λf,其中c=3×108 m/s。
4.电磁波谱:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来。
电磁波谱的分类及应用
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}无线电波
大于1mm
长距离传播
通信、广播和天体物理研究
红外线
750nm～１×106nm
热作用
红外摄影、红外遥感技术
可见光
750nm～370nm
引起视觉
观察、照像
紫外线
5nm～370nm
荧光，化学作用，杀菌消毒
感光技术、医用消毒
伦琴射线
10－8m --10－12m
有较强的穿透能力
医学检查、安全检查
伽马射线
小于10－10m
具有很高的能量，更强的穿透能力
医学治疗γ刀
金属探伤
四、电磁波的能量
电磁波有能量。电磁波是一种物质存在的形式。
例：微波炉，食物增加的能量是微波给的。
电磁波具有能量，电磁波是一种物质
能量的相对大小
波长λ/nm
400
800
1200
1600
2000
紫外线
可见光
红外线
黄绿光
0
太阳辐射能大部分集中在可见光和红外线、紫外线区域。如图所示：
常考题型
题组一　电磁场的认识
题1［2019·上海闵行区高三期末］下列关于电磁场的说法正确的是（　　）
A.电磁场的本质是电场
B.电磁场的本质是磁场
C.电磁场是电场和磁场的统称
D.电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体
【解析】　电磁场是周期性变化的电场和磁场交替产生而形成的不可分离的统一体。
D
题2［2019·北京一零一中学高二期末］麦克斯韦电磁场理论告诉我们（　　）
A.任何电场周围都要产生磁场
B.任何变化的电场都要在周围空间产生变化的磁场
C.任何变化的电场都要在周围空间产生恒定的磁场
D.周期性变化的电场要在周围空间产生周期性变化的磁场
解析：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场；均匀变化的电（磁）场只能产生恒定不变的磁（电）场，周期性变化的电（磁）场要在周围空间产生周期性变化的磁（电）场。
D
题组二　电磁波的产生及传播
题3［2019·山东青岛二中模拟］关于电磁场理论，下列描述正确的是（　　）
A.均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场
B.静止的电荷能够在周围空间产生稳定的磁场
C.稳定的磁场能够在周围空间产生稳定的电场
D.变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波
【解析】　A、B错，D对：根据麦克斯韦电磁场理论可知，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，变化的电场和变化的磁场互相激发，由近及远传播形成电磁波，而静止的电荷周围的电场是稳定的，故不产生磁场。
C错：稳定的磁场周围没有电场产生。
D
题4［2019·广东中山高二检测］以下有关在真空中传播的电磁波的说法正确的是（　　）
A.频率越大，传播的速度越大　　
B.频率不同，传播的速度相同
C.频率越大，其波长越大　　　　
D.频率不同，传播速度也不同
解析：电磁波在真空中的传播速度是光速，频率不同的电磁波，传播的速度相同。
B
题5［2019·河北衡水中学检测］某卫星上装有某种遥感照相机，可用来探测军用和民用目标。这种照相机能拍到晚上关灯行驶的汽车。对遥感照相机敏感的电磁波属于（　　）
A.可见光波段　　B.红外波段　　C.紫外波段　　D.X射线波段
【解析】　红外线是看不见的光，它的波长比可见光的红光的波长还长，它的热作用比较强，并且不同的物体辐射的红外线的波长和强度不同，利用灵敏的红外线探测器接收物体发出的红外线，然后用电子仪器对接收到的信号进行处理，就可以获得被探测物体的特征，可制成热谱仪、夜视仪等，题中对遥感照相机敏感的电磁波属于红外波段。
B
题6［2019·湖北荆门龙泉中学高三检测］在电磁波谱中，红外线、可见光和伦琴射线（Ｘ射线）三个波段的频率大小关系是（　　）
A.红外线的频率最大，可见光的频率最小
B.伦琴射线的频率最大，红外线的频率最小
C.可见光的频率最大，红外线的频率最小
D.伦琴射线的频率最大，可见光的频率最小
解析：红外线、可见光和伦琴射线（X射线）三个波段的波长是从长到短，所以其频率是从低到高。则频率最高的是伦琴射线（X射线），频率最小的是红外线。
B
题7医院常用X光机检查人的身体，X光机利用了X射线的（　　）
A.荧光效应 B.灭菌消毒作用
C.强穿透能力 D.显著热效应
解析：
A、B错：紫外线具有较强的化学效应，能杀菌，可以制成消毒灯，还具有荧光效应，能制成验钞机来验钞。
C对：X射线具有较强的穿透能力，常在医疗上用来检查身体。
D错：红外线具有显著的热效应，能制成热谱仪、夜视仪，遥控器等。
C
谢谢！