13.4電磁波的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用第十三章《電磁感應(yīng)與電磁波初步》電視塔移動(dòng)通信基站

電磁波為信息的傳遞插上了翅膀。廣播、電視、移動(dòng)通信等通信方式，使古代人“順風(fēng)耳、千里眼”的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。那么，電磁波是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？一、電磁場(chǎng)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)電磁波的歷程麥克斯韋奧斯特安培法拉第奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了電流的周圍有磁場(chǎng)安培進(jìn)一步做了很多有關(guān)電和磁的的研究工作法拉第發(fā)現(xiàn)了磁生電的方法，并首先提出了力線和場(chǎng)的概念

麥克斯韋是繼法拉第之后，依據(jù)庫(kù)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(gè)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。這一理論自然科學(xué)的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)的基礎(chǔ)。麥克斯韋（J.C.Maxwell,1831—1879)英國(guó)物理學(xué)家。一、（麥克斯韋）電磁場(chǎng)麥克斯韋：觀點(diǎn)1：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)在變化的磁場(chǎng)中放一個(gè)閉合電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路里會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)沒有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場(chǎng)。1：均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)2：不均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)（周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)）根據(jù)麥克斯韋理論，在給電容器充電的時(shí)候，不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)。而且在電容器兩極板間變化著的電場(chǎng)周圍也要產(chǎn)生磁場(chǎng)。麥克斯韋：觀點(diǎn)2：變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)1：均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)2：不均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)（周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)）一、（麥克斯韋）電磁場(chǎng)對(duì)麥克斯韋電磁理論的理解：恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)不均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)一、（麥克斯韋）電磁場(chǎng)偉大的預(yù)言——電磁波電場(chǎng)E磁場(chǎng)B電場(chǎng)E電場(chǎng)E磁場(chǎng)B電場(chǎng)E（1）空間可能存在周期性變化的電磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生（2）變化的電磁場(chǎng)向外傳播，就形成了電磁波變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播。產(chǎn)生產(chǎn)生產(chǎn)生二、電磁波(1)變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。(2)在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的，而靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是不閉合的。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，它們形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。新的電場(chǎng)和磁場(chǎng)機(jī)械波的傳播聲波

水波

傳播需要介質(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(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)——光是一種電磁波。二、電磁波3、電磁波的特點(diǎn)：（3）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，v介<c（2）電磁波可以在真空中傳播速度等于光速c=3×108m/s（5）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。（6）電磁波有能量。（4）不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大（1）電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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二、電磁波典型考點(diǎn)一電磁場(chǎng)與電磁波1．(多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說法正確的是(

)A．有電場(chǎng)的空間一定能產(chǎn)生磁場(chǎng)，有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B．在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C．周期性變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)D．周期性變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)解析根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))才能產(chǎn)生磁場(chǎng)(或電場(chǎng))，變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))不一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))，周期性變化的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))，C、D正確。答案解析2．手機(jī)A的號(hào)碼手機(jī)B的號(hào)碼手機(jī)A撥打手機(jī)B時(shí)，手機(jī)B發(fā)出響聲并且顯示屏上顯示A的手機(jī)號(hào)若將手機(jī)A置于一透明真空罩中，用手機(jī)B撥打A，則發(fā)現(xiàn)手機(jī)A(

)A．能聽到響聲，并顯示B的號(hào)．不能聽到響聲，但顯示B的號(hào)．不能聽到響聲，但顯示A的號(hào)．既不能聽到響聲，也不顯示號(hào)碼解析電磁波可以在真空中傳播，而聲波的傳播需要介質(zhì)。當(dāng)用手機(jī)B撥打手機(jī)A時(shí)(A置于一透明真空罩中)，A能顯示B的號(hào)碼，但不能聽到A發(fā)出的響聲，故B正確。答案解析3．一雷達(dá)站探測(cè)敵機(jī)時(shí)熒光屏上出現(xiàn)的記錄圖像如圖，A是發(fā)射時(shí)的雷達(dá)探索波的脈沖波形，B是敵機(jī)反射回來的脈沖波形，則敵機(jī)距雷達(dá)站的距離是(

)A．9×105m B．4.5×105mC．3×105m D．無(wú)法確定答案解析赫茲的電火花赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在現(xiàn)象：

當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過時(shí)，立刻產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過導(dǎo)線環(huán)時(shí)激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。[傳播條件]機(jī)械波傳播需要介質(zhì)，而電磁波不需要介質(zhì)也能傳播。[傳播規(guī)律]都遵循“v=λf=λ/T”這個(gè)關(guān)系式；且電磁波也能發(fā)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。[傳播本質(zhì)]機(jī)械波傳播的是機(jī)械能，電磁波傳播的是電磁能。思考與討論電磁波與機(jī)械波有何區(qū)別呢？赫茲的電火花波長(zhǎng)波峰波峰波谷波谷

在1s內(nèi)有多少次波峰（或波谷）通過，波的頻率就是多少。

描述波的物理量有波長(zhǎng)、頻率和波速，初中的時(shí)候我們學(xué)習(xí)過：在一列水波中，凸起的最高處叫作波峰；

凹下的最低處叫作波谷。相鄰的兩個(gè)波峰

（或波谷）

的距離叫作波長(zhǎng)

。水波不停的向遠(yuǎn)方傳播，描述波傳播快慢的物理量叫作波速。

波速、波長(zhǎng)、頻率之間有什么樣的關(guān)系呢？水波二、電磁波1、波速等于波長(zhǎng)乘以頻率，這個(gè)關(guān)系對(duì)電磁波同樣適用。2、

公式：c=λf真空中：c=3×108m/s真空中：波長(zhǎng)越大，頻率越小!波速:c波長(zhǎng):λ頻率:f電磁波3、電磁波中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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。4、電磁波也會(huì)發(fā)生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等現(xiàn)象。二、電磁波1、電磁波譜：

按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜。三、電磁波譜三、電磁波譜電磁波譜（背順序）按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列起來。①可見光只是電磁波中的一小部分②不同的電磁波由于具有不同的頻率，才具有不同的特性。答案解析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(cè)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(shí)，大額鈔票上用熒光物質(zhì)印刷的文字會(huì)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(zhǎng)期保存解析雷達(dá)是用無(wú)線電波來測(cè)定物體位置的，故A錯(cuò)誤；紫外線有顯著的化學(xué)作用和熒光效應(yīng)，可利用紫外線消毒，也可以用來驗(yàn)鈔，故B、C錯(cuò)誤；用γ射線照射馬鈴薯，可防止其發(fā)芽，以便長(zhǎng)期保存，故D正確。答案解析6．如圖所示是中國(guó)天眼FAST-500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，其主要工作波長(zhǎng)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～1013Hz答案通過前面的學(xué)習(xí)我們知道電磁波無(wú)處不在，生活中常常用微波爐、紅外烤箱加熱或烤制食物，電磁波可以使氖炮發(fā)光，陽(yáng)光使我們變得溫暖，這些都說明電磁波具有能量。雖然除了可見光之外的電磁波我們都看不到，但是它們是真實(shí)存在的物質(zhì)，是場(chǎng)物質(zhì)，是實(shí)物粒子之外的另外一種存在形式。微波爐1.電磁波具有能量。2.電磁波是一種場(chǎng)物質(zhì)。中國(guó)天眼FAST四、電磁波的能量電視臺(tái)通過電磁波，將精彩的電視節(jié)目展現(xiàn)給觀眾五、電磁波通信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)雷達(dá)五、電磁波通信萬(wàn)物互聯(lián)的全新時(shí)代5G是什么呢？簡(jiǎn)單說就是第5代移動(dòng)通信技術(shù)。如果說4G改變生活的話，那么5G將改變社會(huì)。這種通信技術(shù)未來跟人工智能、大數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，會(huì)開啟一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的全新時(shí)代。我們可以為一頭牛、一頭羊裝上通信裝置，可以為一臺(tái)設(shè)備、一座鐵塔裝上通信裝置，可以為一座橋梁、一個(gè)隧道裝上通信裝置，甚至是一草一木、一紙一筆等等，萬(wàn)物互聯(lián)的場(chǎng)景將逐步走向現(xiàn)實(shí)。

5G是什么？你認(rèn)為5G技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展有著什么樣的重要意義？廣播

傳輸

衛(wèi)星通信

加熱理療

通信

消毒

診斷病情

摧毀

例4.下列各組電磁波，按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列正確的是（）A.紫外線、可見光、紅外線、γ射線B.可見光、紅外線、紫外線、γ射線C.γ射線、紅外線、紫外線、可見光D.紅外線、可見光、紫外線、γ射線D1、中央廣播電臺(tái)發(fā)射“中波”段某套節(jié)目的信號(hào)、家用微波爐中的微波、VCD機(jī)中的激光(可見光)、人體透視用的X光，這些都是電磁波，它們的頻率分別為f1、f2、f3、f4，可以判斷正確的是(

)A．f1＞f2＞f3＞f4

B．f1＜f2＜f3＞f4C．f1＜f2＜f3＜f4

D．f1＞f2＞f3＜f4查找資料知道這些波的波長(zhǎng)由大到小，由c＝λf可得他們的頻率f由小到大，故C正確．C1、(多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，下列說法正確的是()A．電場(chǎng)一定能產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B．變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生磁場(chǎng)C．穩(wěn)定的電場(chǎng)也可以產(chǎn)生磁場(chǎng)D．變化的磁場(chǎng)一定產(chǎn)生電場(chǎng)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的、不可分割的電磁場(chǎng)．變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，穩(wěn)定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，故A、C錯(cuò)誤，B正確．同理知D正確．BD【例題1