人教版物理必修三第十三章

電磁感應(yīng)與電磁波初步第四節(jié)

電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用討論交流古時用點(diǎn)燃煙火傳遞重要消息。白天施煙，夜間點(diǎn)火，臺臺相連——烽火臺。古時候人們信息交流很難，只有最緊急的事才會用到——八百里加急。為方便傳遞信息，在古代神話小說里就出現(xiàn)的"順風(fēng)耳和千里眼"。如今，電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動通信等通信方式，使古代人“順風(fēng)耳、千里眼”的夢想變成了現(xiàn)實(shí)。電視塔移動通信基站太空授課那么，電磁波是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢?又是如何產(chǎn)生的呢？一、電磁場電磁波的發(fā)現(xiàn)過程奧斯特

安培

法拉第

麥克斯韋

赫茲奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)安培進(jìn)一步做了電和磁的研究工作法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象并提出力線和場的概念建立了電磁場理論，預(yù)言了電磁波的存在，揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)，奠定了現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。利用電火花實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在麥克斯韋是繼法拉第之后，依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了第一個完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。英國物理學(xué)家麥克斯韋（J.C.Maxwell,1831—1879)麥克斯韋偉大的猜想1、變化的磁場產(chǎn)生電場在變化的磁場中放一個閉合電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路里會產(chǎn)生感應(yīng)電流。1.如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？討論交流有電場、無電流.2.設(shè)想線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？有電場.總結(jié)：麥克斯韋認(rèn)為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無關(guān)。自由電荷要定向移動形成電流，就必須有電場；沒有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場。a.均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場（周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場）2、變化的電場產(chǎn)生磁場思考：既然變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場，那么，變化的電場能不能在空間產(chǎn)生磁場？麥克斯韋確信自然規(guī)律的統(tǒng)一性與和諧性，相信電場與磁場的對稱之美。他大膽地假設(shè)∶變化的電場就像導(dǎo)線中的電流一樣，會在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場產(chǎn)生磁場。a.均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場.（周期性變化的電場產(chǎn)生周期性變化的磁場）.恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電1場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場麥克斯韋電磁場理論的要點(diǎn)變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，它們形成一個不可分離的統(tǒng)一場，這就是電磁場。BBEEEE它既不是電場也不是磁場，更不是電場和磁場的疊加，而是電場和磁場相互依賴，形成不可分割的整體。電磁場二、電磁波麥克斯韋的預(yù)言麥克斯韋推斷:如果在空間某區(qū)域中有周期性變化的電場,那么它就在空間引起周期性變化的磁場;這個變化的磁場又引起新的變化的電場,于是,變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播.一個偉大的預(yù)言誕生了——空間可能存在電磁波。變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播。赫茲的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，立刻產(chǎn)生一個交變電磁場，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。1886年，赫茲通過實(shí)驗(yàn)捕提到了電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的電磁場理論，為無線電技術(shù)的發(fā)展開拓了道路。赫茲的實(shí)驗(yàn)微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝，赫茲向全世界宣告：電磁波發(fā)現(xiàn)了。非均勻變化的磁場和非均勻變化的電場相互激發(fā)，形成電磁波，由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播。電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播，所以電磁波是橫波。E⊥B⊥V電磁波也會發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等現(xiàn)象。電磁波的傳播空氣、水，是聲波和水波傳播的介質(zhì)。電磁波可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)。電磁波的傳播速度等于光速，光是以波動形式傳播的一種電磁振動，即光是一種電磁波。三、電磁波譜1.描述波的物理量在一列水波中凸起的最高處叫波峰;凹下的最低處叫波谷。鄰近的兩個波峰（或波谷）的距離叫作波長。在1s內(nèi)有多少次波峰（或波谷）通過，波的頻率就是多少。水波不停地向遠(yuǎn)方傳播，用來描述波傳播快慢的物理量叫作波速。波速、波長、頻率的關(guān)系：v=λfc=λf2.電磁波在真空中的速度:c=3.0×108m/s2.電磁波的特點(diǎn)（1）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c=3×108m/s；（2）電磁波的頻率由振源決定，同一電磁波在不同介質(zhì)中傳播，v和λ變化，f不變，v介<c；（3）不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速

度不同，f越高，v越??；f越低，v越大；（4）電磁波具有波的共性，能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效應(yīng)和偏振現(xiàn)象；3.電磁波譜1.無線電波：波長大于1mm，分為長波、中波、短波和微波，主要用于無線電通訊；2.紅外線：波長比無線電波短，比可見光長，所有的物體都在不停地發(fā)射紅外線，主要用于遙感、加熱；4.紫外線：波長在400nm~5nm，有較高的能量。可用于滅菌消毒，熒光效應(yīng)等；5.X射線：波長比紫外線更短，有比紫外線更高的能量，有較強(qiáng)的穿透作用，可用于透視、檢查金屬內(nèi)部缺陷。6.γ射線:波長比X射線更短，頻率非常高。有很高的能量和很強(qiáng)的穿透作用，可用于檢查金屬內(nèi)部缺陷。不同的電磁波由于具有不同的頻率，才具有不同的特性。3.電磁波的能量麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，這說明電磁波是一種客觀存在的物質(zhì)。生活中常用微波爐來加熱食物,食物增加的能量是微波給它的,陽光照射植物生長，可見,電磁波具有能量。陽光照射廣播電視臺風(fēng)扇波導(dǎo)管磁控管控制面板屏蔽網(wǎng)門微波爐電磁波具有能量，電磁波是一種物質(zhì)，光是一種電磁波，光具有能量.四、電磁波通信衛(wèi)星導(dǎo)航、通信電磁波攜帶信息，既可以有線傳播，也可以無線傳播?；ヂ?lián)網(wǎng)、衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)

練習(xí)1．關(guān)于電磁波，下列敘述正確的是（）A．電磁波在真空中的傳播速度遠(yuǎn)小于真空中的光速B．電磁波可以發(fā)生反射現(xiàn)象C．電磁波和機(jī)械波一樣依賴于介質(zhì)傳播D．隨著科技的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)利用機(jī)械波從太空向地球傳遞信息解析：A．電磁波在真空中的傳播速度等于真空中的光速，故A錯誤；B．電磁波屬于波的一種，能夠發(fā)生反射等波特有的現(xiàn)象，故B正確；CD．電磁波能在真空中傳播，而機(jī)械波依賴于介質(zhì)傳播，不能在真空中傳播，故CD錯誤。故選B。B練習(xí)2．關(guān)于電磁波的應(yīng)用，下列說法不正確的是（）A．醫(yī)院里常用X射線對病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒B．工業(yè)上利用γ射線檢查金屬部件內(nèi)部有無裂縫C．刑偵上用紫外線拍攝指紋照片D．衛(wèi)星利用紅外遙感技術(shù)拍攝云圖照片解析：A．醫(yī)院里常用紫外線對病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒，故A錯誤；B．γ射線具有較強(qiáng)的穿透性，故工業(yè)上利用γ射線檢查金屬部件內(nèi)部有無裂縫，故B正確；C．因?yàn)樽贤饩€波長短，分辨率高，所以刑偵上用紫外線拍攝指紋照片，故C正確；D．因?yàn)榧t外線的波長較長，衍射能力較強(qiáng)，所以衛(wèi)星利用紅外遙感技術(shù)拍攝云圖照片，故D正確。本題選不正確的，故選A。A練習(xí)3．（多選）“中國天眼”位于貴州的大山深處，是500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）。它通過接收來自宇宙深處的電磁波，探索宇宙。下列關(guān)于電磁波的說法正確的是（）A．電磁波在任何介質(zhì)中傳播速度均為3×108m/sB．紅外線的波長比紫外線大C．麥克斯韋認(rèn)為均勻變化的電場能激發(fā)出變化的磁場，空間將產(chǎn)生電磁波D．赫茲通過實(shí)驗(yàn)捕捉到電磁波，證實(shí)了麥克斯韋的電磁理論BD練習(xí)4．目前，我國正在開展5G網(wǎng)絡(luò)試點(diǎn)工作，并將于2020年進(jìn)入全面5G時代。屆時，將開啟萬物互聯(lián)時代：車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動駕駛技術(shù)等將一一變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。5G，即第五代移動通信技術(shù)，采用3000-5000MHz頻段，相比于現(xiàn)有的4G（即第四代移動通信技術(shù)1880-2635MHz，頻段）技術(shù)而言，具有極大的帶寬、極大的容量和極低的時延。5G信號與4G信號相比下列說法正確的是（）A．5G信號比4G信號在真空中的傳播速度更快 B．5G信號比4G信號更容易被障礙物阻擋C．5G信號比4G信號需要更少的通信基站 D．5G信號比4G信號更適合長距離傳輸B練習(xí)5．不同的電磁波產(chǎn)生的機(jī)理不同，表現(xiàn)出的特性也不同，因而其用途也不同。下列應(yīng)用中符合實(shí)際的是()A．雷達(dá)是用X光來測定物體位置的B．醫(yī)院里常用X射線照射病房和手術(shù)室進(jìn)行消毒C．用紅外線照射時，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會發(fā)出可見光D．用γ射線照射馬鈴薯，可防止其發(fā)芽，以便長期保存D練習(xí)6．如圖所示是中國天眼FAST-500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，其主要工作波長在分米到米的范圍，則天眼接收的電磁波的頻率區(qū)間為()A．106Hz～107Hz

B．108Hz～109HzC．1010Hz～1011Hz

D．1012Hz～1013HzB練習(xí)7．關(guān)于電磁場理論的敘述正確的是（

）A．變化的磁場周圍一定存在電場，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C．周期性變化的電場和周期性變化的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場解析：A．根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有無閉合電路是沒有關(guān)