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(共43张PPT)
第4节 电磁波的发现及应用
第十三章
人教版 高中物理必修三
电磁场
01
电磁波
02
电磁波谱
03
总结提升
04
电磁波通信
05
古时用点燃烟火传递重要消息。白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台。
古时候人们信息交流很难，只有最紧急的事才会用到——八百里加急。
课堂引入
为方便传递信息，在古代神话小说里就出现的"顺风耳和千里眼"。
课堂引入
电视塔
如今，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。
移动通信基站
太空授课
课堂引入
电磁波是如何产生的呢
？
电磁场
PART 01
库仑
安培
奥斯特
法拉第
法拉第发现电磁感应的那年，一位科学巨星在英国爱丁堡诞生了，他就是——麦克斯韦。
历史上电磁学领域的大咖
01
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。
麦克斯韦
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英国物理学家
麦克斯韦
02
电磁感应现象：在变化的磁场中放入一个闭合的导体回路，闭合导体回路中就产生感应电流。
电流
电荷的定向移动
电场
闭合导体回路
变化的磁场
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
伟大的猜想
03
思考：如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？
想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？
总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。
深入思考
04
有电场、无电流
有
麦克斯韦经过反复思考提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。
既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能在空间产生磁场？
麦克斯韦的假设
05
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。
B
B
E
E
E
E
它既不是电场也不是磁场，更不是电场和磁场的叠加，而是电场和磁场相互依赖，形成不可分割的整体。
电磁场
06
电磁波
PART 02
变化的电场和磁场交替产生，由近及远地向周围传播。
变化
的电场
变化
的磁场
变化
的电场
新的电场和磁场
天才的预言
01
空间可能存在电磁波
1886年，赫兹通过实验捕提到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。
赫兹的实验
02
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。
赫兹的电火花
03
微弱的电火花闪烁着麦克斯韦理论的光辉，赫兹向全世界宣告：电磁波发现了。
赫兹的电火花
03
捕捉电磁波
04
非均匀变
化的磁场
变化电场
若是均匀变化
稳定磁场
不再激发
若非均匀变化
变化磁场
若是均匀变化
稳定电场
若非均匀变化
激发
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
电磁波形成示意图
05
空气、水，是声波和水波传播的介质。电磁波可以在真空中传播，不需要介质。
电磁波的传播
06
电磁波的传播
06
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，即光是一种电磁波。
电磁波的传播速度
07
电磁波谱
PART 03
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。邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。
波的特性
01
v
λ
波峰
波谷
波速：v=λ/T=λf
波速、波长、频率的关系
02
（2）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（1）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×10 8m/s；
（4）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；
（3）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；
电磁波的特点
03
电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来,就是电磁波谱。
电磁波谱
04
1.无线电波：波长大于1mm，分为长波、中波、短波和微波，主要用于无线电通讯；
2.红外线：波长比无线电波短，比可见光长，所有的物体都在不停地发射红外线，主要用于遥感、加热；
3.可见光：波长在700nm~400nm，分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种，可被视网膜感知；
电磁波谱
04
4.紫外线：波长在400nm~5nm，有较高的能量。可用于灭菌消毒，荧光效应等；
5.X射线：波长比紫外线更短，有比紫外线更高的能量，有较强的穿透作用，可用于透视、检查金属内部缺陷。
6.γ射线:波长比X射线更短，频率非常高。有很高的能量和很强的穿透作用，可用于检查金属内部缺陷。
电磁波谱
04
1. 电磁波具有能量
2. 电磁波是一种物质
3. 光是一种电磁波，光具有能量
风扇
波导管
磁控管
控制面板
屏蔽网
门
赫兹通过实验证实了电磁波的存在,这意味着,电磁场不仅仅是一种描述方式,而且是真正的物质存在。
生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波给它的,可见,电磁波具有能量。
电磁波的能量
05
电磁波通信
PART 04
电磁波携带信息，既可以有线传播，也可以无线传播。
电信网、广播电视网、互联网、卫星宽带通信网络
电磁波通信
01
电磁波通信
02
万物互联的全新时代
电磁波通信
02
总结提升
PART 05
电磁波的发现过程
“磁生电”
赫兹检测到了电磁波，测出电磁波波速等于光速。
麦克斯韦猜想与假设：
1 . 变化的磁场产生电场
“电生磁”
2 . 变化的电场产生磁场
麦克斯韦预言了电磁波的存在预言光是一种电磁波
能量通信
1. 电磁波具有能量
2. 电磁波是一种物质
电磁波谱
波速：v=λ/T=λf
课堂小结
【练习1】（2022秋·陕西延安·高二期中）“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日返回地球。创造了中国载人航天任务的新纪录。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的（　　）
A．红外线 B．无线电波 C．紫外线 D．X射线
【参考答案】B
课堂练习
【练习2】根据麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是（　　）
A．磁场周围一定存在电场
B．电场周围一定存在磁场
C．点电荷的电场周围一定没有磁场
D．变化的磁场周围不一定存在变化的电场
【参考答案】D
课堂练习
【练习3】（2022春·河北石家庄·高二河北师范大学附属）有一个广播电台的频率 ，这个电台发射的电磁波的波长λ为（　　）
A．2.70m B．270m C．3.00m D．3.33m
【参考答案】D
课堂练习
【练习4】（2022春·山东枣庄·高二统考期中）（多选）“中国天眼”位于贵州的大山深处，是500m口径球面射电望远镜（FAST）。它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是（　　）
A．电磁波在任何介质中传播速度均为
B．红外线的波长比紫外线大
C．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波
D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
【参考答案】BD
课堂练习
【练习5】（2022秋·浙江杭州·高二学军中学）目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代。届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用 频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术 ，频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。5G信号与4G信号相比下列说法正确的是（　）
A．5G信号比4G信号在真空中的传播速度更快
B．5G信号比4G信号更容易被障碍物阻挡
C．5G信号比4G信号需要更少的通信基站
D．5G信号比4G信号更适合长距离传输
【参考答案】B
课堂练习
【练习6】2021年7月4日，我们在电视中看到湖南湘潭籍航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站，标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法不正确的是（　　）
A．生活中用微波炉来加热食物，可见电磁波具有能量
B．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014s
C．1886年，赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路
D．英国物理学家麦克斯韦系统总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，在此基础上，他最终建立了经典电磁场理论
【参考答案】B
课堂练习
第4节 电磁波的发现及应用
人教版 高中物理必修三

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