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第三章 電磁場(chǎng)與電磁波初步
第4節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用
教學(xué)目標(biāo)
新課引入
這些都是電磁波！
電磁波是如何產(chǎn)生的呢？
英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋系統(tǒng)地總結(jié)了庫(kù)侖、安培、奧斯特、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)成果，建立了第一個(gè)完整的電磁理論體系，不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理學(xué)的又一次大綜合。這一理論自然科學(xué)的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無(wú)線電工業(yè)的基礎(chǔ)。
麥克斯韋
（J.C.Maxwell,1831—1879)
英國(guó)物理學(xué)家。
裝置如圖所示，當(dāng)穿過(guò)螺線管甲的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈乙中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。
麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種電場(chǎng)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向的移動(dòng)，引起了感應(yīng)電流。
線圈不存在時(shí)，變化的磁場(chǎng)同樣在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路是否存在無(wú)關(guān)。
一、電磁場(chǎng)
1、變化的磁場(chǎng)能夠在周圍產(chǎn)生電場(chǎng)
1、變化的磁場(chǎng)能夠在周圍產(chǎn)生電場(chǎng)
麥克斯韋進(jìn)一步指出：
磁場(chǎng)隨時(shí)間變化快，產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)
磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化不均勻時(shí)，產(chǎn)生變化的電場(chǎng)
穩(wěn)定的磁場(chǎng)周圍不產(chǎn)生電場(chǎng)
電場(chǎng)可以由兩種方式產(chǎn)生：
由電荷或由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生。
電荷周圍的電場(chǎng)
磁場(chǎng)增大時(shí)周圍的電場(chǎng)
一、電磁場(chǎng)
麥克斯韋經(jīng)過(guò)反復(fù)思考提出假設(shè)：變化的電場(chǎng)也相當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，即變化的電場(chǎng)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。
既然變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，那么，變化的電場(chǎng)能不能夠在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)？
2、變化的電場(chǎng)能夠在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)
2、變化的電場(chǎng)能夠在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)
麥克斯韋進(jìn)一步指出：
電場(chǎng)隨時(shí)間變化快，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)
電場(chǎng)隨時(shí)間的變化不均勻時(shí)，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)
穩(wěn)定的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng)
麥克斯韋根據(jù)上述兩個(gè)基本假設(shè)，進(jìn)一步指出：
如果在空間某區(qū)域有隨時(shí)間不均勻變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍引起變化的電場(chǎng)
變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場(chǎng)。
麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果在空間某域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么，這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)……?？梢?jiàn)，變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)。
二、電磁波和電磁波譜
變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播。這種變化的電磁場(chǎng)在空間以一定的速度傳播的過(guò)程叫做電磁波。
電磁波的特性：
a、不需要傳播介質(zhì)，可以在真空中傳播。
b、傳播速度等于光速。
c、光是一種電磁波。
1.電磁波：
在一系列水波中，凸起的最高處叫作波峰，凹下的最低處叫作波谷。兩個(gè)相鄰的波峰（或波谷）之間的距離等于波長(zhǎng)。在1s 內(nèi)有多少次波峰（或波谷）通過(guò)，波的頻率就是多少。用來(lái)描述波傳播快慢的物理量叫作波速。
波長(zhǎng)、周期（頻率）和波速的關(guān)系
麥克斯韋英年早逝，沒(méi)有見(jiàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)電磁場(chǎng)理論的證明。把天才的預(yù)言變成世人公認(rèn)的真理，這是赫茲的功勞。
現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)圈兩個(gè)金屬球間有火花跳過(guò)時(shí)，立刻產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，形成電磁波在空間傳播，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線環(huán)時(shí)激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得導(dǎo)線環(huán)中也產(chǎn)生了火花。
電磁波的驗(yàn)證：
①電磁波譜：按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的順序把它們排列成譜，叫電磁波譜。
②由無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、倫琴射線、γ射線合起來(lái)構(gòu)成范圍非常廣闊的電磁波譜。
2.電磁波譜：
電磁波的應(yīng)用，主要包括兩個(gè)方面：
一是利用電磁波傳遞信息，
二是利用電磁波的能量。
三、電磁波的應(yīng)用
電磁波與我們的生活
電視臺(tái)通過(guò)電磁波，將精彩的電視節(jié)目展現(xiàn)給我們。
1.利用電磁波傳遞信息
移動(dòng)通信設(shè)備極大的方便了我們的聯(lián)系。每部移動(dòng)電話都是一個(gè)無(wú)線電臺(tái)，將用戶的聲音轉(zhuǎn)變成高頻電信號(hào)發(fā)射到空中，同時(shí)它又相當(dāng)于一臺(tái)收音機(jī)，捕捉空中的電磁波，使用戶接收到對(duì)方送來(lái)的信息。
移動(dòng)通信基站
射電望遠(yuǎn)鏡：中國(guó)天眼FAST，主要用于尋找暗物質(zhì)、暗能量和收集宇宙中的各種信號(hào)，揭示宇宙的奧秘。
電磁波有能量。電磁波是一種物質(zhì)存在的形式。
例：微波爐，食物增加的能量是微波給的。
2.利用電磁波的能量
電磁波的能量除了服務(wù)于我們的日常生活外，也用于軍事，如微波定向能武器、激光武器等。
2.利用電磁波的能量
[例] 關(guān)于電磁場(chǎng)理論，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)
B.在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)
C.均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)
D.周期性變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)
解析　根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)才產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。
典例分析
D
一、電磁場(chǎng)
二、電磁波和電磁波譜
三、電磁波的應(yīng)用
麥克斯韋理論:
本課小結(jié)
變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)
變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)
形成
特點(diǎn)
電磁波譜
關(guān)系：c=λf
1、按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下說(shuō)法中正確的是（ ）
A、恒定的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)
B、變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng)
C、均勻變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)
D、均勻變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)
D
跟蹤練習(xí)
2、(多選)根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下敘述中正確的是(　　)
A.教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)
B.工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場(chǎng)和電場(chǎng)
C.穩(wěn)定的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，穩(wěn)定的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)
D.只要空間某處的電場(chǎng)或磁場(chǎng)發(fā)生變化，就會(huì)在其周圍產(chǎn)生電磁波
AB
解析　教室中亮著的日光燈、工作時(shí)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中流的電流是交變電流，在其周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)和電場(chǎng)，故選項(xiàng)A、B正確；穩(wěn)定的電場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；只有周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)才能交替產(chǎn)生，由發(fā)生區(qū)域向外傳播形成電磁波，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3、無(wú)線電波的中波波長(zhǎng)范圍為200～3 000 m。求該波段的頻率范圍。
答案　1.0×105～1.5×106 Hz
謝謝
大家

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