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新人教版 必修三
第十三章 电磁感应与电磁波初步
第四节 电磁波的发现及应用
新课引入
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
那么，电磁波是怎样发现的呢
历史足迹——电磁学领域的大咖
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。
学习任务一： 电磁场
麦克斯韦
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英国物理学家
学习任务一： 电磁场
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。
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
麦克斯韦的观点 1
学习任务一 ： 电磁场
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？麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。
麦克斯韦的观点 2
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。
学习任务一 ： 电磁场
B
B
E
E
E
E
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。
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。
学习任务一 ： 电磁场
不均匀变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化电场……于是，变化的电场和变化磁场交替产生，由近及远地传播。
根据以上两个基本论点，麦克斯韦进一步推断：
学习任务二 ： 电磁波
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。电磁波可以在真空中传播速度等于光速c= 3×108m/s
学习任务二： 电磁波
赫兹证实了电磁波的预言
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。
学习任务二 ： 电磁波
学习任务二： 电磁波
做一做
c=λf
其中，电磁波在真空中的速度c = 3.0×108 m/s
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。
电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、和偏振等现象。
学习任务三： 电磁波谱
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。
学习任务三 ： 电磁波谱
（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；
（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。
学习任务三： 电磁波谱
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。
我们用微波炉加热食物说明电磁波具有能量；光是一种电磁波，同时光具有能量；收音机收到电台的电磁波，感应出了电流，说明电磁波具有能量。
所有这些都表明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
学习任务四 ： 电磁波的能量
电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。构建卫星宽带通信网络，可以使人们无论身处万米高空的飞机，还是茫茫大海的轮船，甚至没有人烟的荒漠、深山、海岛，都能高速浏览网页，与家人视频通话等。
随着计算机网络的发展和智能手机的出现，负责通话的电信网、广播电视网和互联网相互渗透、相互兼容，逐步整合成为统一的信息通信网络。移动电话的主要业务也已经发展成为以互联网为基础的信息服务。人们可以通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话。这些信息都是通过电磁波来传递的。
学习任务五 ： 电磁波通信
当堂达标检测
【详解】根据波长公式得 ，解得
1．家用微波炉的微波频率为 ，它的波长是多少？
当堂达标检测
2．变化的磁场和变化的电场形成不可分割的统一体——电磁场，它会由近及远地向外传播，它的传播需要介质吗？它传播的速度是多少？
【详解】依据电磁波的产生原理可以知道，变化的电场和变化的磁场交替产生形成不可分割的统一体，称为电磁场，它会由近及远地向外传播，它的传播不需要介质，它传播的速度与光速相同即为 。
当堂达标检测
【详解】根据运动公式得
3．中国航天员在天宫一号上成功进行了太空授课（如图）。已知天宫一号空间实验室轨道半径为 ，地球半径为 ，试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号空间实验室发至地面接收站，最少需要多少时间？
当堂达标检测
4．电焊作业时，会产生对人体有害的电焊弧光。焊接电弧温度在 时，辐射出大量频率为 的电磁波。根据波长判断，它属于哪种电磁波？电焊工人作业时，需要佩戴专业的防护头盔（如图），这是为什么？
【详解】根据可知 该电磁波属于紫外线，紫外线能量较大，皮肤被照射时轻者会出现红肿、疼痒、脱皮，重者甚至引发癌变，还会对眼睛造成极大的伤害，会引起结膜、角膜炎，长期照射可能会引起白内障等，所以电焊工人作业时，需要佩戴专业的防护头盔。

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