第二十一章電磁波及其應(yīng)用第1節(jié)電磁波的海洋素養(yǎng)目標(biāo)1.理解電磁波產(chǎn)生原理，知道其能在真空中傳播，認(rèn)識電磁波譜組成及應(yīng)用，能解釋日常生活和科技領(lǐng)域的應(yīng)用。2.通過類比法、聲波類比電磁波，建立電磁波傳播物理模型，培養(yǎng)模型建構(gòu)和推理論證能力，分析解釋相關(guān)現(xiàn)象。3.經(jīng)歷提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的探究過程，通過實(shí)驗(yàn)探究電磁波產(chǎn)生和傳播條件，利用AI技術(shù)輔助分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提升實(shí)踐探究和數(shù)據(jù)處理能力。4.認(rèn)識電磁波對現(xiàn)代社會的重要性，關(guān)注其應(yīng)用帶來的影響，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和合理使用電磁波技術(shù)的責(zé)任意識。2020年7月23日，長征五號遙四運(yùn)載火箭搭載著中國火星探測器天問一號從海南文昌航天發(fā)射場升空。經(jīng)過半個多小時(shí)的飛行，探測器成功與火箭分離，并進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，開啟了奔向火星的旅程。在數(shù)億千米的漫長旅途中，天問一號探測器多次調(diào)整姿態(tài)和改變軌道，還要向遙遠(yuǎn)的地球發(fā)回照片?？茖W(xué)家通過電磁波控制探測器的航行，探測器也是通過電磁波與遙遠(yuǎn)的地面聯(lián)絡(luò)、傳遞信號的。下面，我們就來研究這神奇的電磁波吧！創(chuàng)設(shè)情景，引入新課打開收音機(jī)的開關(guān)，調(diào)至沒有電臺的位置，將音量開大。取一節(jié)舊干電池和一根導(dǎo)線，拿到收音機(jī)附近。先將導(dǎo)線的一端與電池的負(fù)極相連，再將導(dǎo)線的另一端與正極摩擦，使它們時(shí)斷時(shí)續(xù)地接觸，可以聽到收音機(jī)發(fā)出“咔咔”聲。收音機(jī)為什么會發(fā)出這種聲音呢？電磁波是怎樣產(chǎn)生的1.水波、聲波的產(chǎn)生盡管你對電磁波（electromagneticwave）這個名詞已經(jīng)十分熟悉，但是，你知道電磁波是怎樣產(chǎn)生的嗎？先了解水波、聲波的產(chǎn)生。石頭投入水中，在水面上振動會產(chǎn)生水波；說話時(shí)聲帶的振動在空氣中形成聲波。他們都是都是由于物體發(fā)生振動產(chǎn)生的。2.實(shí)驗(yàn)探究：電磁波是怎樣產(chǎn)生的（1）如圖所示，打開收音機(jī)的開關(guān)，旋至沒有電臺的位置，將音量調(diào)大，取一節(jié)干電池和一根導(dǎo)線，拿到收音機(jī)附近；（2）先將導(dǎo)線的一端與電池的負(fù)極相連，再將導(dǎo)線的另一端與正極相連，從收音機(jī)中能聽到一次“喀喀”聲后，之后就沒有“喀喀”的聲音了；注意：這個實(shí)驗(yàn)對電池有損害，最好用舊電池來做。（3）將導(dǎo)線的一端與電池的其中一極反復(fù)摩擦，使它們時(shí)斷時(shí)續(xù)地接觸，能從收音機(jī)中不斷聽到“喀喀”聲.（4）實(shí)驗(yàn)分析①用導(dǎo)線連接電池正、負(fù)極。剛接通時(shí)電流從無到有，聽到“喀喀”聲，說明變化的電流產(chǎn)生電磁波。接通后電流穩(wěn)定不再變化，沒有聲音，說明穩(wěn)定的電流不產(chǎn)生電磁波。②導(dǎo)線的一端摩擦電池的一極，導(dǎo)線中電流不斷變化，聽到連續(xù)不斷的“喀喀”聲，說明變化的電流產(chǎn)生電磁波。（5）探究結(jié)論當(dāng)電路中有

變化的電流時(shí)，其周圍就會產(chǎn)生電磁波.3.電磁波的產(chǎn)生迅速（1）電磁波：與水波、聲波的形成相似，導(dǎo)線中電流的

變化會在空間激起（產(chǎn)生）電磁波。（2）電磁波傳遞信息：廣播電臺、電視臺以及移動電話靠復(fù)雜的電子線路來產(chǎn)生

變化的電流，發(fā)出電磁波。雖然電磁波看不見、摸不到，但它確實(shí)可以給我們傳遞各種信息。演示實(shí)驗(yàn)——《時(shí)斷時(shí)續(xù)的電流能夠產(chǎn)生電磁波》迅速迅速欣賞歷史上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)——《赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)》電磁波是怎樣傳播的1.波長、頻率、波速以水波為例，了解描述波的物理量：波長、頻率、波速。當(dāng)把一個小球仍入水中時(shí)，會發(fā)現(xiàn)小球上下振動，形成水波，并且向四周傳播。（1）波長在一列水波的傳播中，凸起的最

處叫做波峰；凹下的最

處叫做波谷。鄰近兩個波

（或波

）之間的距離叫做波長，用λ表示。高低峰谷單位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。（2）頻率波在1秒內(nèi)傳播

的個數(shù)叫做波的頻率。用字母

表示。單位：

（

）其他單位：這是某一列波在2秒內(nèi)傳播的波長個數(shù)為6個，則該波的頻率f=6/2S=3Hz千赫（kHz）、兆赫（MHz）波長f赫茲Hz（3）波速水波不停地向遠(yuǎn)處傳播，用來描述波傳播

的物理量叫做波速（wavevelocity）。波速=波長×頻率v=λf單位：米/秒（m/s）如圖所示，如果該波的波長為0.1m，頻率f=100Hz則波速v=λf=0.1m×100Hz=10m/s2.探究電磁波的傳播【想一想】聲波的傳播需要介質(zhì)，電磁波的傳播是否需要介質(zhì)呢？快慢真空罩中的手機(jī)能接到電話嗎？把一部手機(jī)放在真空罩中，抽掉空氣后，給這部手機(jī)打電話。這部手機(jī)能接到電話嗎？【實(shí)驗(yàn)過程】如圖所示，將一部手機(jī)置于一密封玻璃罩內(nèi)，用另一部手機(jī)呼叫它，可以聽到玻璃罩內(nèi)的手機(jī)發(fā)出的鈴聲，同時(shí)看見手機(jī)屏幕閃爍。然后，用抽氣機(jī)逐漸向外抽氣會發(fā)現(xiàn)鈴聲越來越小，但玻璃罩內(nèi)的手機(jī)屏幕仍然閃爍。同時(shí)呼叫它的手機(jī)也仍然是連通狀態(tài)。由實(shí)驗(yàn)可以看到，放在抽掉空氣的真空罩中的手機(jī)可以收到罩外傳給它的【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】電磁波。這說明電磁波在真空中

傳播。太空中沒有空氣，聲音無法傳播。因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?，所以航天員在太空可以用電磁波來通信。想一想：在月球上相隔很近的兩個宇航員說話時(shí)，彼此能聽得到嗎？說一說你的想法。電磁波的傳播

介質(zhì)，電磁波

在真空中傳播.大量的事實(shí)可以證明真空

傳播電磁波。在太空中的宇航員可以用無線電波與地面站進(jìn)行聯(lián)系?？梢圆恍枰軌蚩梢匝菔緦?shí)驗(yàn)：《真空可以傳播電磁波》3.描述電磁波的物理量跟水波類似，電磁波也有自己的頻電磁波的波速真空中電磁波的波速為c，其數(shù)值大約為30萬千米每秒。c是物理學(xué)中一個十分重要的常數(shù)，目前公認(rèn)的數(shù)值是c=2.99792458×108m/s=3.0×108m/s率、波長和波速。想一想：電磁波的傳播速度是不是看起來很熟悉？你由此產(chǎn)生了什么聯(lián)想？電磁波的傳播速度與光在真空中的傳播速速

.電磁波頻率的單位也是赫茲。因?yàn)橥ǔｋ姶挪ǖ念l率都很高，所以常用的單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）電磁波大家族觀察收音機(jī)的刻度板，上面標(biāo)有哪些數(shù)字和單位？它們都表示什么意思？打開收音機(jī)，轉(zhuǎn)動調(diào)諧旋鈕，調(diào)到可以收聽到廣播節(jié)目的位置，看看頻率是多少。相同收音機(jī)的老式無線電掃描頻率電磁波是個大家族。通常用于廣播、電視和移動通信的是頻率為數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫的那一部分電磁波，叫作無線電波。1.電磁波家族電磁波有

、

、

、

、

、

等。各種光和射線都是

不同的電磁波。2.無線電波無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線波長①定義：電磁波中用于廣播、電視和移動電話的是頻率為

千赫至

兆赫的那一部分，叫做無線電波（無線電技術(shù)中使用的電磁波）。②特點(diǎn)：無線電波的波長從幾

到幾

，通常根據(jù)波長或頻率把無線電波分成幾個波段，包括長波、中波、短波、微波等。日常生活中可以看到各種各樣的天線，它們有的是

電磁波的，有的是

電磁波的。我們學(xué)過的可見光、紅外線和紫外線也屬于電磁波。X射線、γ射線是頻率很高的電磁波。毫米千米數(shù)百數(shù)百發(fā)射接收3.電磁波的應(yīng)用①無線電波：用于廣播、電視和移動電話。不同頻率范圍的電磁波在我們的生活中發(fā)揮著重要作用。②紅外線：家電的遙控器。③微波：可用來加熱食品。④紫外線：滅菌。⑤X射線：醫(yī)學(xué)上用來做透視檢查。⑥γ射線：金屬探傷。電磁波的一些應(yīng)用4.射電望遠(yuǎn)鏡：可以接受宇宙中的星體輻射的微弱電磁波。中國天眼——FAST射電望遠(yuǎn)鏡被譽(yù)為“中國天眼”的射電望遠(yuǎn)鏡，是世界最大單口徑、最靈敏、探測的距離最遠(yuǎn)的射電望遠(yuǎn)鏡。它能夠接收宇宙外太空的電磁波信號，幫助我們發(fā)現(xiàn)外太空的中子脈沖星。宇宙中存在的電磁波覆蓋了整個電磁波段。我們除了可以在可見光波段用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測天體，還可以在無線電波段觀測天體。在“天眼之父”南仁東的帶領(lǐng)下，我國建成了世界上最大的500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，仰望星空，我們正在探索著宇宙的奧秘。5.微波爐（1）微波爐的原理電磁波除了用于通信外，還有很多別的應(yīng)用。比如，我們生活中常常見到的微波爐，就是用電磁波來加熱食品的。微波爐內(nèi)有很強(qiáng)的電磁波，它的波長很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下劇烈振動，使得內(nèi)能增加，溫度升高。由于電磁波可以深入食物內(nèi)部，所以用微波爐燒飯時(shí)食物的內(nèi)部和外部幾乎同時(shí)變熟，省時(shí)、省電。（2）使用微波爐的注意事項(xiàng)食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波爐中溫度上升更快。微波爐中不能使用金屬容器，因?yàn)闀p壞微波爐。微波同其他頻率的電磁波一樣，過量的照射對人體有害。微波爐的外殼是金屬殼，爐門的玻璃上有金屬屏蔽網(wǎng)，可以減少電磁波的泄漏，使?fàn)t外的電磁波不超過允許值。你家里有微波爐嗎？如果有，看一看它的說明書，向同學(xué)介紹它的容積、耗電量大小等數(shù)據(jù)。它的加熱溫度和加熱時(shí)間是由人工控制的還是程序控制的?例：如圖所示，將導(dǎo)線一端與電池負(fù)極連接，用另一端與電池正極快速斷續(xù)接觸，可以聽到收音機(jī)發(fā)出“咯、咯”聲，表明收音機(jī)接收到了（）A．熱量 B．聲波C．光能 D．電磁波D課堂總結(jié)（1）課堂總結(jié)（2）電磁波的海洋電磁波的產(chǎn)生①電磁波的產(chǎn)生：導(dǎo)線中電流的迅速變化會在空間激起（產(chǎn)生）電磁波.②電磁波傳遞信息：可以給我們傳遞各種信息.電磁波的傳播①傳播速度：電磁波在真空中可以傳播。速度為c=3×108m/s，與光在真空中的傳播速度相同.②單位：赫茲（Hz）。常用單位還有kHz、MHz.③電磁波家族：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線等。④無線電波：用于廣播、電視和移動電話的是頻率為數(shù)百千赫至數(shù)百兆赫的那一部分.電磁波大家族無線電波、紅外線、微波、紫外線、X射線、γ射線等.課堂練習(xí)1.如圖所示，是一臺收音機(jī)的屏板，當(dāng)指針（圖中黑塊）向右調(diào)時(shí)，所接收到的電磁波的波長及波速將會（）A．波長變大及波速變小 B．波長變大及波速不變C．波長變小及波速變大 D．波長變小及波速不變D2.圖是一臺收音機(jī)的刻度板，表明它能接收電磁波的頻率范圍。廣播電臺靠迅速變化的電流而發(fā)射電磁波。當(dāng)廣播電臺發(fā)射圖中最高頻率的電磁波時(shí)，線路中的