高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 电磁波的发现及应用教课课件ppt

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电磁波与我们的生活息息相关。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。为什么电磁波能得到这样的广泛的应用？它与机械波有何不同？我们在这节课里就学习电磁波的发现历史，进而研它的主要特征。
一、电磁场１、麦克斯韦电磁场理论
英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至19 世纪中叶对电磁规律的研究成果，以及他本人的创造性工作，最终建立了经典电磁场理论。
英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人。
（1）变化的磁场产生电场
麦克斯韦想到：既然产生了感应电流，一定是有了电场，他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；即这个现象的实质是变化的磁场产生了电场。
变化的磁场产生电场动画
在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流。这是法拉第发现的电磁感应现象。
①均匀变化的磁场产生稳定的电场。
注意：这里的“均匀变化”指在相等时间内磁感应强度的变化量相等。
②非均匀变化的磁场产生变化的电场。③周期性变化的磁场激发同频率周期性变化的电场。
（2）变化的电场产生磁场。既然变化的磁场能够产生电场，那么，变化的电场能产生磁场吗？
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。他大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
①均匀变化的电场产生稳定的磁场。
②非均匀变化的电场产生变化的磁场。③周期性变化的电场激发同频率周期性变化的磁场。
2.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.电磁波如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。
电磁波的产生与传播示意图
变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。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。2.电磁波特点（1）电磁波可以在真空中传播。电磁波与机械波不同，水波和声波等机械波的传播需要介质，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁波的传播靠的是电场和磁场的相互“激发”，而电场和磁场本身就是一种形式的物质。但是电磁波也可以在固体，气体，液体等介质中传播。
（2）电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、 多普勒效应和偏振现象。（3）光的电磁理论：电磁波的速度等于光速，光是以波动形式传播的一种电磁振动，c=3×10 8m/s。遗憾的是，麦克斯韦英年早逝，没有看到科学实验对电磁场理论的证实。把天才的预言变成世人公认的真理的人，是德国科学家赫兹。
1886年，赫兹通过实验捕捉到了电磁波。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。
他制作了电磁波探测器──谐振环，他把一根粗铜丝弯成环状，环的两端各连一个金属小球，赫兹把谐振环放在放电的莱顿瓶附近，反复调整谐振环的位置和小球的间距，终于在两个小球间闪出电火花。谐振环就好像收音机一样，它是电磁波的接收器。
做一做 捕捉电磁波
实验器材：高压发生器 G、发射天线、绝缘架、接收天线、电流表。
演示电磁波发射与接收的装置
实验步骤1.在高压发生器 G 上安装两根长约 1 m、带有放电电极的铜管 A、B，两极的间隙约 0.5 cm，铜管构成发射天线。2.在绝缘架上固定同样的两根铜管 C、D 作为接收天线，两管成一直线，中间连接一个电流表。3.闭合高压发生器 G 的电源，在两个电极间产生放电火花。4.让接收天线与发射天线平行，改变两个天线的距离，观察电流表示数的变化。
两个天线的距离大，电流表示数的越小。
演示电磁波发射与接收的装置视频
三、电磁波谱1．波长、频率和波速（1）波长：相邻的两个波峰(或波谷)之间的距离作波长。符号：λ单位：m。
在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰； 凹下的最低处叫作波谷。
（2）频率：在1 s内有多少次波峰或波谷通过，波的频率就是多少，用f表示。单位：赫兹（Hz） 千赫（kHz） 1KHZ=1000HZ兆赫（MHz）1MHZ=1000KHZ（3）波速、波长、频率三者之间的关系是：波速＝波长 × 频率 如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率：c＝λ f电磁波在真空中的速度：c＝3×108 m/s。
（1）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。
（2）电磁波的频率范围很广，无线电波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、 γ射线，都是电磁波。它们的波长越来越短，频率越来越高。①无线电波：长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。②红外线可以用来加热理疗，所有物体都会发射红外线；物体的红外辐射跟温度有关。应用：红外体温计、红外夜视议、红外摄影、红外遥感技术等。
③可见光 可见光让我们看见这个世界，也可以用于通信。作用：引起人眼视觉。
④紫外线紫外线可以消毒，紫外线看不见。消毒灯、验钞机灯除发出紫外线外，还发出少量紫光和蓝光。⑤x射线和γ射线 x射线用于人体检查如CT扫描；x射线用于金属缺陷探测、安全检查等；γ射线可以治疗某些癌症，也可用于金属缺陷探测等。
四、电磁波的能量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。1．电磁波的能量 电磁波是一种物质存在的形式。食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，内能增加，温度升高。食物增加的能量是微波给它的。可见，电磁波具有能量。　
例如，光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量。思考讨论：播音员的声音为什么能从电台到达我们的收音机？因为电台发射的电磁波在收音机的天线里感应出了电流，有电流就有能量。我们有各种各样的仪器，能够探测到各种电磁波。所有这些都表明电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
1.通信网络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。
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。2.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。
1.关于电磁波，下列说法中正确的是（　　）A．变化的电场一定在周围空间产生变化的磁场 B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，法拉第最先用实验证实了电磁波的存在 C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播 D．各种频率的电磁波在真空中的传播速率都相同
2.下列说法中正确的是（　　）A．变化的磁场不能产生电场 B．变化的电场不能产生磁场 C．麦克斯韦证实了电磁波的存在 D．电磁波能在真空中传播
3.在电磁波谱中，红外线、可见光和X射线三个波段的频率大小关系是（　　）A．红外线的频率最大，可见光的频率最小 B．X射线频率最大，红外线的频率最小 C．可见光的频率最大，红外线的频率最小 D．X射线频率最大，可见光的频率最小
4.下列说法中正确的是（　　）A．磁场不能产生电场 B．电磁波的能量可能是连续的 C．法拉第发现了电流的磁效应 D．麦克斯韦预言了电磁波的存在5.用实验证实了电磁波的存在，为无线电技术的发展开拓了道路，被誉为无线电通信的先驱的德国物理学家是（　　）A．安培 B．麦克斯韦 C．韦伯 D．赫兹
1.关于电磁波传播速度的表达式v=λf，下列结论中正确的是（　　）A．电磁波的传播速度与传播介质有关 B．频率越高，传播速度就越大 C．发射能量越大，传播速度就越大 D．波长越长，传播速度就越大
2.按波长由小到大的顺序，电磁波谱的排列情况况是（　　）A．红外线、无线电波、紫外线、可见光、γ射线、X射线 B．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 C．γ射线，x射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波 D．无线电波、紫外线、可见光、红外线、X射线、γ射线
3.关于电磁波谱，下列说法正确的是（　　）A．红外线的波长比无线电波的短 B．微波炉中使用的微波是黄光 C．人们在烤火时感受到温暖，是因为皮肤正在吸收紫外线 D．电磁波不仅具有能量，而且可以携带信息。
1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场激发磁场，变化的电场激发磁场。2.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。3.电磁场从发生区域向远处的传播叫电磁波。4. c＝λf c＝3×108 m/s。5.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。6.电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
一、电磁场1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场激发磁场，变化的电场激发磁场。2.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.电磁场从发生区域向远处的传播叫电磁波。2.电磁波特点电磁波可以在真空中传播;电磁波也会发生反射、折射、干涉、衍射、
多普勒效应和偏振现象; 电磁波的速度等于光速。三、电磁波谱1．波长、频率和波速c＝λf c＝3×108 m/s。2.电磁波谱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。四、电磁波的能量电磁波具有能量，电磁波是一种物质。五、电磁波通信