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第4节 电磁波的发现及应用
麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、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。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
麦
克
斯
韦
一、电磁场
麦克斯韦的电磁场理论要点——伟大的预言
1、变化的磁场产生电场
装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。
-----法拉第的发现
问题思考
（1）线圈中产生感应电动势说明了什么？
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。
（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电场吗？有电流吗？
有电场，无电流。
（3）假如线圈不存在时，线圈所在处的空间还存在电场吗？
电磁场理论主要结论一：
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。
结论一：变化的磁场产生电场
2．变化的电场产生磁场
既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？
麦克斯韦提出假设：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。
-----麦克斯韦的预言
结论二：变化的电场产生磁场
3.电磁场：
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。
二、电磁波
1.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。
B
B
E
E
E
E
2.电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波，无需介质。
3.电磁波在真空中传播的速度是光速。光是电磁波的一种。
思考：电磁场由产生区域向外传播需要什么介质？电磁波在真空中传播的速度是多大？
麦克斯韦英年早逝，未能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。
4.1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波
赫兹对人类的最大贡献是用实验证实了电磁波的存在。他的发现它不仅证实了麦克斯韦的预言，更重要的是开创了无线电子技术的新纪元.赫兹被誉为无线电通信的先驱。人们为了纪念他，以他的名字作为频率的单位，简称“赫”。
比赫兹实验早七年，一位叫戴维的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长G·斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使他的发现被埋没了。
科学趣闻
实验：捕捉电磁波
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1.波长、频率和波速
即:
或
电磁波在真空中的速度 c =3×108m/s
三、电磁波谱
(1) 波长:相邻的两个波峰(或波谷)之间的距离(单位:m)
(2) 频率:在1s内传播完整波长的个数
(3) 波速:用来描述波传播快慢的物理量三者关系：波速=波长×频率
v
λ
2、电磁波谱
（1）电磁波成分：电磁波的频率范围很广。无线电波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线都是电磁波。
（2）定义：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱。如图所示
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电磁波谱
波长短
波长长
频率高
频率低
无线电波
无线电波：波长大于1mm（频率小于300GHz)的电磁波
用途：通信、广播和天体物理研究等。
红外线
红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感。
紫外线
紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒。
伦琴射线
伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷。
γ 射线
γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手术．
四、电磁波的能量
麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这说明电磁波是一种客观存在的物质。
例：我们可以利用微波对食物进行加热，光是一种电磁波，太阳光照射到我们身上，我们感觉到身体热起来，我们的收音机能够受到广播电台的声音，那是因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流。这种种现象说明电磁波具有能量 。
1.电磁波是一种客观存在的物质。
2.电磁波具有能量 。
五、电磁波通信
移动通信设备极大的方便了我们的联系。
聊天
手机购物
视频通话
卫星电话
一、麦克斯韦电磁场理论
1．变化的磁场产生电场
2．变化的电场产生磁场
3．电磁场→传播→电磁波
4、电磁波不需介质，以光速传播。
二、赫兹证实：电磁场、电磁波的存在。
小结
三、电磁波谱
1、电磁波谱 ：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱.
2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线.
四、电磁波的能量
电磁波有能量，电磁波是一种物质.
五、电磁波通信
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