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第二十一章 电磁波及其应用
第1节 电磁波的海洋
素养目标
1.理解电磁波产生原理，知道其能在真空中传播，认识电磁波谱组成及应用，能解释日常生活和科技领域的应用。
2.通过类比法、声波类比电磁波，建立电磁波传播物理模型，培养模型建构和推理论证能力，分析解释相关现象。
3.经历提出问题、设计实验、进行实验、分析数据、得出结论的探究过程，通过实验探究电磁波产生和传播条件，利用AI技术辅助分析实验数据，提升实践探究和数据处理能力。
4.认识电磁波对现代社会的重要性，关注其应用带来的影响，培养严谨的科学态度和合理使用电磁波技术的责任意识。
2020 年 7 月 23 日，长征五号遥四运载火箭搭载着中国火星探测器天问一号从海南文昌航天发射场升空。经过半个多小时的飞行，探测器成功与火箭分离，并进入地火转移轨道，开启了奔向火星的旅程。在数亿千米的漫长旅途中，天问一号探测器多次调整姿态和改变轨道，还要向遥远的地球发回照片。科学家通过电磁波控制探测器的航行，探测器也是通过电磁波与遥远的地面联络、传递信号的。
下面，我们就来研究这神奇的电磁波吧！
创设情景，引入新课
打开收音机的开关，调至没有电台的位置，将音量开大。取一节旧干电池和一根导线，拿到收音机附近。先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极摩擦，使它们时断时续地接触，可以听到收音机发出“咔咔”声。收音机为什么会发出这种声音呢？
电磁波是怎样产生的
1. 水波、声波的产生
尽管你对电磁波
（electromagnetic wave）这个名词已经十分熟悉，但是，你知道电磁波是怎样产生的吗？先了
解水波、声
波的产生。
石头投入水中，在水面上振动会产生水波；说话时声带的振动在空气中形成声波。他们都是都是由于物体发生振动产生的。
2. 实验探究：电磁波是怎样产生的
（1）如图所示，打开收音机的开关，旋至没有电台的位置，将音量调大，取一节干电池和一根导线，拿到收音机附近；
（2）先将导线的一端与电池的负极相连，再将导线的另一端与正极相连，从收音机中能听到一次“喀喀”声后，之后就没有“喀喀”的声音了；
注意：这个实验对电池有损害，最好用旧电池来做。
（3）将导线的一端与电池的其中一极反复摩擦，使它们时断时续地接触，能从收音机中不断听到“喀喀”声.
（4）实验分析
①用导线连接电池正、负极。刚接通时电流从无到有，听到“喀喀”
声，说明变化的电流产生电磁波。接通后电流稳定不再变化，没有声音，说明稳定的电流不产生电磁波。
②导线的一端摩擦电池的一极，导线中电流不断变化，听到连续不断的“喀喀”声，说明变化的电流产生电磁波。
（5）探究结论
当电路中有 变化的电流时，其周围就会产生电磁波.
3. 电磁波的产生
迅速
（1）电磁波：与水波、声波的形成相似，导线中电流的 变化会在空间激起（产生） 电磁波。
（2）电磁波传递信息：广播电台、电视台以及移动电话靠复杂的电子线路来产生 变化的电流，发出电磁波。虽然电磁波看不见、摸不到，但它确实可以给我们传递各种信息。
演示实验——《时断时续的电流能够产生电磁波》
迅速
迅速
欣赏历史上的经典实验——《赫兹的电磁波实验》
电磁波是怎样传播的
1. 波长、频率、波速
以水波为例，了解描述波的物理量：波长、频率、波速。
当把一个小球仍入水中时，会发现小球上下振动，形成水波，并且向四周传播。
（1）波长
在一列水波的传播中，凸起的最
处叫做波峰；凹下的最 处叫做波谷。
邻近两个波 （或波 ）之间的距离叫做波长，用 λ 表示。
高
低
峰
谷
单位：米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等。
（2）频率
波在1秒内传播 的个数叫做波的频率。用字母 表示。单位： （ ）
其他单位：
这是某一列波在2秒内传播的波长个
数为6个，则该波的频率
f =6/2S=3Hz
千赫（kHz）、 兆赫（MHz）
波长
f
赫兹
Hz
（3）波速
水波不停地向远处传播，用来描述波传播 的物理量叫做波速（wave velocity）。
波速=波长×频率 v= λf
单位：
米/秒（m/s）
如图所示，如果该波的波长为0.1m，频率f =100Hz
则波速v= λf
= 0.1m×100 Hz =10m/s
2. 探究电磁波的传播
【想一想】声波的传
播需要介质，电磁波
的传播是否需要介质呢？
快慢
真空罩中的手机能接到电话吗？
把一部手机放在真空罩中，抽掉空气后，给这部手机打电话。这部手机能接到电话吗？
【实验过程】如图所示，将一部手机置于一密封玻璃罩内，用另一部手机呼叫它，可以听到玻璃罩内的手机发出的铃声，同时看见手机屏幕闪烁。然后，用抽气机逐渐向外
抽气会发现铃声越来越小，但玻璃罩内的手机屏幕
仍然闪烁。同时
呼叫它的手机也
仍然是连通状态。
由实验可以看到，放在抽掉空气的真空罩中的手机可以收到罩外传给它的
【实验结论】
电磁波。这说明电磁波在真空中
传播。
太空中没有空气，声音无法传播。因为电磁波可以在真空中传播，所以航天员在太空可以用电磁波来通信。
想一想：在月球上相隔很近的两个宇航员说话时，彼此能听得到吗？说一说你的想法。
电磁波的传播 介质，电磁波 在真空中传播.
大量的事实可以证明真空 传播电磁波。
在太空中的宇航员可以用无线电波与地面站进行联系。
可以
不需要
能够
可以
演示实验：《真空可以传播电磁波》
3. 描述电磁波的物理量
跟水波类似，电磁波也有自己的频
电磁波的波速
真空中电磁波的波速为c，其数值大约为30万千米每秒。c是物理学中一个十分重要的常数，目前公认的数值是
c =2.99792458×108 m/s
=3.0×108 m/s
率、波长和波速。
想一想：电磁波的传播速度是不是看起来很熟悉？你由此产生了什么联想？
电磁波的传播速度与光在真空中的传播速速 .
电磁波频率的单位也是赫兹。因为通常电磁波的频率都很高，所以常用的单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）
电磁波大家族
观察收音机的刻度板，上面
标有哪些数字和单位？它们都表示什么意思？打开收音机，转动调谐旋钮，调到可以收听到广播节目的位置，看看频率是多少。
相同
收音机的老式无线电扫描频率
电磁波是个大家族。通常用于广播、电视和移动通信的是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分电磁波，叫作无线电波。
1.电磁波家族
电磁波有 、 、
、 、 、 等。各种光和射线都是
不同的电磁波。
2.无线电波
无线电波
红外线
可见光
紫外线
X射线
γ射线
波长
①定义：电磁波中用于广播、电视和移动电话的是频率为 千赫至 兆赫的那一部分，叫做无线电波（无线电技术中使用的电磁波）。
②特点：无线电波的波长从几 到几 ，通常根据波长或频率把无线电波分成几个波段，包括长波、中波、短波、微波等。
日常生活中可以看到各种各样的天线，它们有的是 电磁波的，有的是
电磁波的。我们学过的可见光、红外线和紫外线也属于电磁波。X射线、γ射线是频率很高的电磁波。
毫米
千米
数百
数百
发射
接收
3.电磁波的应用
①无线电波：用于广播、电视和移动电话。
不同频率范围的电磁波在我们的生活中发挥着重要作用。
②红外线：家电的遥控器。
③微波：可用来加热食品。
④紫外线：灭菌。
⑤X射线：医学上用来做透视检查。
⑥γ射线：金属探伤。
电磁波的一些应用
4.射电望远镜：可以接受宇宙中的星体辐射的微弱电磁波。
中国天
眼——
FAST
射电望远镜
被誉为“中国天眼” 的射电望远镜，是世界最大单口径、最灵敏、探测的距离最远的射电望远镜。它能够接收宇宙外太空的电磁波信号，帮助我们发现外太空的中子脉冲星。
宇宙中存在的电磁波覆盖了整个电磁波段。我们除了可以在可见光波段用光学望远镜观测天体，还可以在无线电波段观测天体。在“天眼之父”南仁东的带领下，我国建成了世界上最大的500 m口径球面射电望远镜，仰望星空，我们正在探索着宇宙的奥秘。
5. 微波炉
（1）微波炉的原理
电磁波除了用于通信外，还有很多别的应用。比如，我们生活中常常见到的微波炉，就是用电磁波来加热食品的。微波炉内有很强的电磁波，它的波长很短，所以叫做微波。食物的分子在微波的作用下剧烈振动，使得内能增加，温度升高。由于电磁波可以深入食物内部，所以用微波炉烧饭时
食物的内部和外部几乎同时变熟，省时、省电。
（2）使用微波炉的注意事项
食物中的水分子比其他分子更容易吸收微波的能量，所以含水量高的食物在微波炉中温度上升更快。微波炉中不能使用金属容器，因为会损坏微波炉。微波同其他频率的电磁波一样，过量的照射对人体有害。微波炉的外壳是金属壳，炉门的玻璃上有金属屏蔽网，可以减少电磁波的泄漏，使炉
外的电磁波不超过允许值。
你家里有微波炉吗？如果有，看一看它的说明书，向同学介绍它的容积、耗电量大小等数据。它的加热温度
和加热时间
是由人工控
制的还是程
序控制的
例：如图所示，将导线一端与电池负极连接，用另一端与电池正极快速断续接触，可以听到收音机发出“咯、咯”声，表明收音机接收到了（　　）
A．热量
B．声波
C．光能
D．电磁波
D
课堂总结（1）
课堂总结（2）
电磁波的海洋
电磁波
的产生
①电磁波的产生：导线中电流的迅速变化
会在空间激起（产生）电磁波.
②电磁波传递信息：可以给我们传递各种信息.
电磁波
的传播
①传播速度：电磁波在真空中可以传播。速度为
c =3×108m/s，与光在真空中的传播速度相同.
②单位：赫兹（Hz）。常用单位还有kHz、MHz.
③电磁波家族：无线电波、红外线、可见光、
紫外线、X射线、 γ射线等。
④无线电波：用于广播、电视和移动电话的
是频率为数百千赫至数百兆赫的那一部分.
电磁波
大家族
无线电波、红外线、微波、紫外线、X射线、γ射线等.
课堂练习
1.如图所示，是一台收音机的屏板，当指针（图中黑块）向右调时，所接收到的电磁波的波长及波速将会（　　）
A．波长变大及波速变小 B．波长变大及波速不变
C．波长变小及波速变大 D．波长变小及波速不变
D
2. 图是一台收音机的刻度板，表明它能接收电磁波的频率范围。广播电台靠迅速变化的电流而发射电磁波。当广播电台发射图中最高频率的电磁波时，线路中的电流方向每秒钟变化多少次？
解：从刻度盘上看到能接收电磁波的最高频率为108MHz= 1.08×108 Hz，所以广播电台发射图中最高频率的电磁波是1.08×108 Hz，因为一个周期电流方向改变2次，线路中的电流方向每秒钟变化2.16×108次。
3.如图是电磁波及其应用事例，下列说法正确的是（　　）
A．电视机遥控器用γ射线遥控
B．体检胸透用的X射线频率比无线电波低
C．验钞机用的紫外线波长比红外线短
D．可见光比无线电波在真空中的传播速度快
C
下 课
Thanks!
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