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第三章 电磁场与电磁波初步
第4节 电磁波的发现及其应用
教学目标
新课引入
这些都是电磁波！
电磁波是如何产生的呢？
英国物理学家麦克斯韦系统地总结了库仑、安培、奥斯特、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
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英国物理学家。
装置如图所示，当穿过螺线管甲的磁场随时间变化时，上面的线圈乙中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。
麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。
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。
一、电磁场
1、变化的磁场能够在周围产生电场
1、变化的磁场能够在周围产生电场
麦克斯韦进一步指出：
磁场随时间变化快，产生的电场强
磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场
稳定的磁场周围不产生电场
电场可以由两种方式产生：
由电荷或由变化的磁场产生。
电荷周围的电场
磁场增大时周围的电场
一、电磁场
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，变化的电场能不能够在空间产生磁场？
2、变化的电场能够在周围产生磁场
2、变化的电场能够在周围产生磁场
麦克斯韦进一步指出：
电场随时间变化快，产生的磁场强
电场随时间的变化不均匀时，产生变化的磁场
稳定的电场周围不产生磁场
麦克斯韦根据上述两个基本假设，进一步指出：
如果在空间某区域有随时间不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围产生变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围引起变化的电场
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。
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、电磁波和电磁波谱
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。
电磁波的特性：
a、不需要传播介质，可以在真空中传播。
b、传播速度等于光速。
c、光是一种电磁波。
1.电磁波：
在一系列水波中，凸起的最高处叫作波峰，凹下的最低处叫作波谷。两个相邻的波峰（或波谷）之间的距离等于波长。在1s 内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。
波长、周期（频率）和波速的关系
麦克斯韦英年早逝，没有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。
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。
电磁波的验证：
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，叫电磁波谱。
②由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱。
2.电磁波谱：
电磁波的应用，主要包括两个方面：
一是利用电磁波传递信息，
二是利用电磁波的能量。
三、电磁波的应用
电磁波与我们的生活
电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给我们。
1.利用电磁波传递信息
移动通信设备极大的方便了我们的联系。每部移动电话都是一个无线电台，将用户的声音转变成高频电信号发射到空中，同时它又相当于一台收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收到对方送来的信息。
移动通信基站
射电望远镜：中国天眼FAST，主要用于寻找暗物质、暗能量和收集宇宙中的各种信号，揭示宇宙的奥秘。
电磁波有能量。电磁波是一种物质存在的形式。
例：微波炉，食物增加的能量是微波给的。
2.利用电磁波的能量
电磁波的能量除了服务于我们的日常生活外，也用于军事，如微波定向能武器、激光武器等。
2.利用电磁波的能量
[例] 关于电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A.在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场
B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场
解析　根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，A、B、C错误，D正确。
典例分析
D
一、电磁场
二、电磁波和电磁波谱
三、电磁波的应用
麦克斯韦理论:
本课小结
变化的磁场产生电场
变化的电场产生磁场
形成
特点
电磁波谱
关系：c=λf
1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（ ）
A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场
B、变化的磁场在周围产生变化的电场
C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场
D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场
D
跟踪练习
2、(多选)根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是(　　)
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场
C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场
D.只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
AB
解析　教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器中流的电流是交变电流，在其周围产生交变磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；只有周期性变化的电场和磁场才能交替产生，由发生区域向外传播形成电磁波，选项D错误。
3、无线电波的中波波长范围为200～3 000 m。求该波段的频率范围。
答案　1.0×105～1.5×106 Hz
谢谢
大家

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