资源简介

(共27张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：15.1 电磁波
学科：物理
年级：九年级
授课教师：[你的姓名]
幻灯片 2：课程引入
生活情境提问：
我们生活在一个信息飞速传播的时代，手机可以随时拨打视频电话与远方的朋友畅聊，家里的 Wi-Fi 能让各种智能设备连接互联网。那么，这些信息是如何在空间中快速传递的呢？
打开收音机，无需连接线缆，就能收听到来自不同电台的广播节目，声音信号是怎样从广播电台传送到收音机里的？
现象展示：
展示手机信号满格时能流畅播放视频，但进入电梯等信号屏蔽区域就无法上网的对比画面，提出问题：为什么信号会消失？
播放一段收音机调台时，不同频率下接收到不同电台声音的音频，引发思考：电台的声音如何区分开来？
引入主题：这些神奇的现象背后都离不开电磁波。本节课将深入探究电磁波的奥秘，了解它是如何产生、传播的，以及在生活中的广泛应用。
幻灯片 3：电磁波的发现历程
早期电磁研究基础：
回顾奥斯特发现电流的磁效应，说明电与磁之间存在联系，引发科学家对电磁关系的深入思考。
讲述安培等科学家对电流与磁场相互作用的研究成果，为电磁波的发现奠定理论基础。
麦克斯韦的预言：
介绍英国物理学家麦克斯韦，他在前人研究的基础上，进行了深入的理论研究和数学推导。
麦克斯韦预言：变化的电场周围会产生磁场，变化的磁场周围会产生电场。这种变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波。
展示麦克斯韦方程组的简化示意图（不涉及复杂数学公式），简单说明其对描述电磁现象的重要意义，强调麦克斯韦理论的创新性和前瞻性。
赫兹的实验验证：
德国物理学家赫兹通过实验，成功地捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的预言。
介绍赫兹实验的基本装置：感应圈产生高电压，使两个金属球之间产生电火花，形成变化的电场和磁场，在附近的接收线圈中检测到了电磁波。
强调赫兹实验的重大意义，它不仅验证了电磁波的存在，还开启了无线通信等现代信息技术的大门。
幻灯片 4：电磁波的产生
演示实验：电磁波的产生：
实验装置：LC 振荡电路（由电感线圈 L 和电容器 C 组成）、电源、开关、导线，以及一个能检测电磁波的简易装置（如带有发光二极管的接收线圈）。
实验步骤：
闭合开关，给电容器充电，此时电路中有电流，电容器储存电能，电场能逐渐增大，而电感线圈中的磁场能为零。
断开开关，电容器开始放电，电流通过电感线圈，电场能逐渐转化为磁场能，此时电路中的电流逐渐增大。
随着电容器放电完毕，电流达到最大值，磁场能达到最大，电场能为零。之后，由于电感线圈的自感作用，电流继续流动，对电容器反向充电，磁场能又逐渐转化为电场能。
如此反复，电路中产生了周期性变化的电流，即振荡电流。在这个过程中，振荡电路周围空间就会产生电磁波。
现象观察：观察到检测电磁波的简易装置中的发光二极管闪烁，表明接收到了电磁波。
理论解释：
在 LC 振荡电路中，电容器极板上的电荷量、电路中的电流以及电场强度和磁感应强度都随时间做周期性变化。
根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。在振荡电路中，电容器两极板间变化的电场产生磁场，而电感线圈中变化的电流产生电场，这种变化的电场和磁场相互激发，由近及远地传播出去，就形成了电磁波。
用动态示意图展示电场和磁场如何交替产生并传播，形象地解释电磁波的产生过程。
幻灯片 5：电磁波的传播
电磁波传播的特点：
不需要介质：电磁波可以在真空中传播，这与声音等机械波不同。例如，太阳光能够穿越几乎真空的宇宙空间到达地球，就是因为光属于电磁波，它能在真空中传播。
传播速度：在真空中，电磁波的传播速度等于光速，约为\(c = 3 10^8m/s\)。在不同的介质中，电磁波的传播速度会有所不同，但都小于真空中的速度。
传播方向：电磁波的传播方向与电场方向、磁场方向都垂直，三者相互垂直构成空间直角坐标系。用三维示意图展示电磁波传播时电场、磁场和传播方向的关系。
电磁波谱：
按照波长或频率的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱。
从波长最长的无线电波开始，依次是微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ 射线。
展示电磁波谱的图表，标注出不同波段电磁波的波长范围、频率范围以及对应的应用实例。例如，无线电波用于广播、电视、移动通信等；红外线用于遥控器、红外测温仪等；可见光让我们能够看见周围的世界；紫外线可用于杀菌消毒、验钞等；X 射线用于医学透视、安检等；γ 射线用于肿瘤治疗、工业探伤等。
幻灯片 6：电磁波的特性
频率与波长：
频率：电磁波在单位时间内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。例如，我国电网使用的交流电频率为 50Hz，而手机通信使用的电磁波频率通常在几百 MHz 到几 GHz 之间。
波长：沿着波的传播方向，两个相邻的、振动情况完全相同的质点之间的距离，用 λ 表示，单位是米（m）。
频率与波长的关系：根据波速公式\(c = f\)（其中\(c\)为电磁波在真空中的速度，\( \)为波长，\(f\)为频率），可知在真空中，电磁波的波长和频率成反比。频率越高，波长越短；频率越低，波长越长。用图表展示不同频率电磁波对应的波长变化情况。
能量：电磁波具有能量，例如太阳辐射的能量以电磁波的形式传播到地球，为地球上的生命活动提供能量。微波炉利用微波的能量来加热食物，微波使食物中的水分子振动加剧，从而产生热量。
干涉和衍射：
干涉：两列或多列频率相同、相位差恒定的电磁波相遇时，在某些区域相互加强，在某些区域相互减弱，形成稳定的强弱分布的现象。就像水波的干涉一样，在光学实验中，通过双缝干涉实验可以观察到光（电磁波）的干涉条纹，验证电磁波的波动性。展示双缝干涉实验的装置图和干涉条纹图片。
衍射：当电磁波遇到障碍物或小孔时，能够绕过障碍物或通过小孔继续传播的现象。例如，在房间里能接收到来自室外的无线电信号，是因为无线电波可以绕过墙壁等障碍物传播，这体现了电磁波的衍射特性。用示意图展示电磁波的衍射过程。
幻灯片 7：电磁波的应用 - 通信领域
无线电广播与电视：
无线电广播：广播电台通过话筒将声音信号转换为电信号，然后将电信号加载到高频电磁波（载波）上，通过发射天线发射出去。收音机的接收天线接收到这些电磁波后，经过调谐电路选出特定频率的电磁波，再通过解调电路将声音信号从载波上分离出来，经过放大后通过扬声器播放出声音。展示广播电台的信号发射流程和收音机的信号接收流程示意图。
电视：电视台将图像信号和声音信号转换为电信号，同样加载到高频电磁波上发射出去。电视机通过接收天线接收电磁波，经过类似的调谐和解调过程，将图像信号和声音信号还原，在屏幕上显示出图像，通过扬声器播放出声音。介绍电视信号的发射和接收原理，强调图像信号和声音信号的同步传输。
移动通信：
手机通过电磁波与基站进行通信。当我们拨打手机时，手机将声音信号转换为电信号，调制到高频电磁波上发射出去，附近的基站接收到信号后，通过通信网络将信号传输到对方手机所在的基站，再由基站将信号发送给对方手机。手机之间的通信可以实现语音通话、短信发送、数据传输（如上网浏览、下载文件等）。展示手机通信的网络架构图，说明基站、移动交换中心等设备在通信过程中的作用。
随着技术的发展，移动通信从 2G、3G、4G 发展到现在的 5G。5G 技术具有更高的传输速度、更低的延迟和更大的连接容量，能够支持更多的设备同时连接，为物联网、智能驾驶、远程医疗等新兴应用提供强大的通信支持。对比不同代移动通信技术的特点和应用场景，突出 5G 技术的优势。
幻灯片 8：电磁波的应用 - 其他领域
微波炉：
微波炉利用微波来加热食物。微波的频率在 300MHz - 300GHz 之间，食物中的水分子的固有频率与微波频率相近，当微波照射到食物上时，水分子会发生共振，振动加剧，从而产生热量，实现对食物的加热。展示微波炉的内部结构示意图，解释微波是如何作用于食物的。
强调使用微波炉的注意事项，如不能使用金属容器加热食物，因为金属会反射微波，可能导致微波炉损坏或发生危险。
雷达：
雷达是利用电磁波来探测目标物体位置和速度的设备。雷达向空中发射电磁波，电磁波遇到目标物体后会反射回来，雷达接收到反射波，通过测量发射波和反射波之间的时间差，就可以计算出目标物体的距离。同时，根据反射波的频率变化（多普勒效应），可以测量目标物体的速度。展示雷达工作的原理示意图，介绍雷达在军事、航空、航海等领域的应用。
例如，在军事上，雷达可以用于探测敌机、导弹等目标；在航空领域，机场的雷达可以监测飞机的起降和飞行轨迹；在航海中，船舶上的雷达可以帮助驾驶员避免碰撞障碍物和其他船只。
感应加热：
感应加热利用交变磁场在金属工件中产生感应电流（涡流），由于金属工件本身具有电阻，电流通过电阻时会产生热量，从而实现对金属工件的加热。这种加热方式广泛应用于金属加工行业，如锻造前对金属坯料的加热、金属零件的热处理等。展示感应加热设备的工作原理图，说明感应加热的优点，如加热速度快、加热均匀、易于控制温度等。
以金属锻造为例，介绍感应加热如何提高生产效率和产品质量，减少能源消耗和环境污染。
幻灯片 9：课堂练习
选择题：
下列关于电磁波的说法，正确的是（ ）
A. 电磁波不能在真空中传播 B. 电磁波的传播速度小于光速 C. 电磁波的频率越高，波长越长 D. 手机通信是利用电磁波来传递信息的
下列设备中，利用电磁波工作的是（ ）
A. 电风扇 B. 电饭锅 C. 微波炉 D. 电熨斗
关于电磁波谱，下列说法错误的是（ ）
A. 红外线的波长比紫外线长 B. 可见光属于电磁波 C. X 射线可用于医学透视 D. 无线电波不能用于通信
填空题：
电磁波是由变化的______和变化的______相互激发产生的，它的传播______（选填 “需要” 或 “不需要”）介质。
真空中电磁波的传播速度为______m/s，某电磁波的频率为 100MHz，其波长为______m。
广播电台将声音信号加载到______上发射出去，收音机通过______电磁波来接收信号。
简答题：
请简要说明微波炉加热食物的原理。
举例说明电磁波在生活中的应用（至少两个），并简述其工作原理。
幻灯片 10：课堂总结
电磁波的产生：由变化的电场和变化的磁场交替产生，通过 LC 振荡电路等可以产生电磁波。
电磁波的传播：不需要介质，在真空中传播速度等于光速，传播方向与电场、磁场方向垂直，具有特定的电磁波谱。
电磁波的特性：有频率、波长、能量，能发生干涉和衍射现象，频率与波长成反比。
电磁波的应用：在通信领域（如无线电广播、电视、移动通信）、生活电器（如微波炉）、探测设备（如雷达）、工业加工（如感应加热）等方面有着广泛应用，深刻改变了我们的生活方式，推动了科技进步。
知识联系：电磁波的知识与之前学过的电学、磁学知识紧密相关，是电磁学理论的重要拓展，体现了电、磁、光的统一性，为进一步学习现代物理知识奠定基础。
幻灯片 11：课后作业
书面作业：完成课本上关于电磁波的练习题，包括电磁波特性的计算、应用原理的分析等题目。
实践作业：
利用家中的收音机，尝试收听不同频率的电台节目，记录下每个电台的频率和对应的节目内容，感受不同频率电磁波的接收效果。
观察家中的无线通信设备（如无线路由器、手机），查找其使用的电磁波频率范围，了解设备的通信技术参数。
拓展作业：查阅资料，了解 5G 技术除了在通信领域的应用外，还在哪些新兴领域有重要的应用前景，撰写一篇 500 字左右的科普短文，介绍 5G 技术的应用进展。
2024北师大版物理九年级全册
15.1电磁波
第十五章 电磁波与通信技术
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
知道波长、频率和波速的关系。
02
知道电磁波的产生和传播。
01
学习目标
03
知道电磁波在真空中传播的速度。
观察与思考
为什么可以利用遥控器选择电视节目？又是谁将播音员的话语、动听的音乐送进我们的收音机的？
你们知道在这些现象中，人们是通过什么来传递信号的吗？
收音机、导线、电池、钢锉
演示实验
探测电磁波的产生
实验器材
电磁波的产生与描述
电磁波是怎样产生的
变化的电流能在周围的空间中产生电磁波。
现 象
结 论
收音机：发出“咔咔”声
电台采用专门的电子器件和电路，产生大小和方向周期性变化的电流，这种电流称为振荡电流。
振荡电流变化的快慢用频率表示，频率的国际单位是赫兹(Hz)，表示电磁波的频率一般要用较大的单位，如千赫(kHz)、兆赫(MHz)、吉赫(GHz)。
1 kHz=103 Hz
1 MHz=106 Hz
1 GHz=109 Hz
电磁波的频率
与水波、声波相似，电磁波也有波长。
波长
波长
波峰
波谷
λ
λ
电磁波的波长
波长：波振动一次传播的距离（相邻两个波峰或波谷之间的距离）用字母λ表示。单位：m。
电磁波的范围很广，γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波都是电磁波。它们的本质都是电磁波，只是它们的波长和频率范围不同。电磁波谱如图所示。
电磁波谱
声音的传播需要固体、液体、气体等介质。电磁波的传播需要介质吗？
1.如图所示用抽气机抽去玻璃罩中的空气。
2.打电话呼叫玻璃罩中的手机。
3.观察现象
小实验
电磁波的传播
能看到手机提示灯闪烁，听不到钟罩中电铃发出的声音。
电磁波能在真空中传播。
现象
结论
研究表明:电磁波在真空中传播的速度为光速，约3x108 m/s。电磁波在空气中传播的速度与在真空中的非常接近。
设电磁波的波长λ、频率f ，那么根据波长和频率的定义，有
c：波速，真空中约为 3×108 m/s
f ：频率，单位：Hz
c=λf
λ：波长，单位：m
电磁波的波长、频率与波速的关系
例：打开收音机，将调谐旋钮转动到中央人民广播电台第一套节目，已知这套节目的发射频率为640 kHz。请根据c=λf 计算这套节目用来发射信号的电磁波的波长。你计算结果与收音机刻度盘上标出的波长数值一致吗？
解：c=3×108 m/s, f= 640 kHz=6.4×105 Hz
由 c=λf 得：
λ= = = 468.75 m
随堂练习
雷达工作依靠电磁波
电磁波的应用
微波炉
表面和内部同时加热（水分子共振）；将电磁能转化为食物的内能。
风扇
波导管
控制面板
屏蔽网
门
磁控管
广播和电视
电磁波能够传递信息
卫星通信
隐形飞机
隐形飞机是一种先进的军用飞机，可以防止被雷达发现，隐形飞机用的主要是吸收电磁波材料，它能减少飞机对电磁波反射，使雷达很难发现它。
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1．[2024·临沂中考]2024年4月26日05时04分，神舟十七号航天员乘组打开“家门”，欢迎神舟十八号航天员乘组入驻“天宫”，并拍下“全家福”(如图所示)向全国人民报平安。“全家福”传回地面利用的是(　　)
A．电磁波 B．超声波
C．次声波 D．红外线
A
2．[2025年1月芜湖期末]在人造地球卫星家族中，目前最重要的卫星是地球同步卫星，用于通信、广播、电视、电脑、气象等多个方面，可以对地球表面同一个地区连续工作。下列关于同步卫星通信的说法正确的是(　　)
A．卫星通信只发送电视信号和广播信号
B．卫星相当于地球两点间的微波中继站
C．卫星导航和倒车雷达都是利用电磁波传递信息的
D．同步通信卫星相对于太阳保持静止
B
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3．下列功能互联网不能实现的是(　　)
A．查阅资料、看新闻
B．购物、看视频、聊天
C．现金交易
D．远程教育、远程医疗
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4．初二(3)班的同学们上完信息课，从微机室中出来，大家议论纷纷。以下几种说法，你认为正确的是(　　)
A．两台计算机之间互发电子邮件时，必须同时上网
B．“电子邮件”只能发送文字信息
C．计算机之间的联系只能用光缆
D．因特网的最大好处是可以做到信息资源共享
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5．[2025 黄山模拟]某手机采用国产芯片“麒麟9000”，利用5G技术实现通信。5G技术也是依靠电磁波传递信息的，下列有关电磁波和现代通信的说法中正确的是(　　)
A．电磁波的频率越高，在空气中传播的速度越大
B．光在光导纤维内壁上多次折射传递信息
C．同步通信卫星作为传播微波的中继站，用两颗同步卫星就可以实现全球通信
D．微波通信、卫星通信、光纤通信、网络通信都可以用来传递信息
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6. [教材改编题]如图所示，小宇打开收音机的开关，将调谐旋钮转到没有电台的位置，再调节音量旋钮，增大音量。取一节旧的干电池和一根导线，将导线的一端与电池的一极相连，再用导线的另一端与电池的另一极快速时断时续地接触，会听到收音机发出“咯、咯”声，这一现象说明
__________的电流能够产生________。
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7．[2024·枣庄中考]“智能手环”是一种穿戴式智能设备，具有计步统计和语音助手等功能，“智能手环”利用________将数据无线传输到手机，其在真空中的传播速度为_______m/s。
电磁波
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8．如图所示的是表示音频、视频和射频三种信号的波形示意图，频率最高的是________信号。
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电磁波
电磁波的产生
电磁波的传播
不需要介质
在真空中电磁波的波速c=3×108 m/s
特征
波长λ
频率f
波速c
波长、频率、波速之间的关系：c=λf
变化的电流能在周围的空间中产生电磁波
电磁波的应用
谢谢观看！

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