1、4电磁波的发现及其应用 第三章 电磁场与电磁波初步 学习目标：1物理观念知道麦克斯韦的电磁场理论，知道电磁波产生的原理，了解赫兹实验，知道 cf 的关系，知道电磁波谱中波长由长到短的排列顺序。知道电磁波具有能量也能传递信息。2科学思维会分析电磁波产生的过程，电场和磁场相互转化的规律，能利用电磁波谱解决相关问题。3科学探究探究电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。4科学态度与责任感知科学家探索的艰辛和电磁技术对人类生产、生活的意义，培养学生学习科学的兴趣。知识梳理 基础自测 自主预习探新知 NO.1一、电磁场 1两个基本假设(1)的磁场能够在周围空间产生。(2)的电场能够在周围空间产生。变化电场
2、变化磁场2电磁场：如果在空间某区域有随时间变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场于是，变化的电场和变化的磁场，形成不可分割的统一体，称为电磁场。说明：电场可由两种方式产生：由电荷或由变化的磁场产生。不均匀变化交替产生二、电磁波和电磁波谱 1电磁波：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为。2麦克斯韦在 1865 年预见电磁波的存在，1888 年，第一次用实验证实了电磁波的存在。由近及远电磁波赫兹3电磁波的波速：(1)在真空中传播的速度为 c3.0108 m/s。(2)关系式：c。4电磁波谱：按
3、或的顺序把所有电磁波排列起来，称之为电磁波谱。f波长频率5电磁波谱组成 说明：一切往复运动的电荷，或者更普遍地说，做变速运动的电荷都会在空间产生电磁波。三、电磁波的应用 1电磁波的应用主要包括两个方面：(1)利用电磁波。(2)利用电磁波的能量。2除了人类主动发射各种电磁波之外，还和研究自然界物体发射的各种电磁波，以探索未知世界。说明：家庭用的微波炉就是利用了电磁波的能量。接收传递信息1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)变化的电场可以产生磁场。()(2)电磁波的传播不需要介质。()(3)赫兹用实验证实了电磁波的存在。()(4)紫外线可以用来灭菌消毒。()2(多选)关于电磁场理论的叙述正
4、确的是()A变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关 B周期性变化的磁场产生同频率变化的电场 C变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场 D电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场 ABC 变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流，若无闭合回路，电场仍然存在，A 对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，BC 对，D 错。3电磁波在真空中传播的速度 v 是 3.00108 m/s，有一个广播电台的频率 f90.0 MHz，这个台发射的电磁波的波长 为()A2.70 m B270 m C333 mD3.33 m D 根据 cf得，3.00108
5、90.0106 m3.33 m，D 正确。合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点3 对麦克斯韦电磁场理论的理解 根据麦克斯韦的理论不均匀变化的电场能产生变化磁场，变化磁场再产生变化电场形成电磁场。试探究：均匀变化的电场能产生电磁场吗？提示：不能 均匀变化的电场能在周围空间产生恒定的磁场，而恒定的磁场不再产生电场。1对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振
6、荡电场 2电磁场的产生：如果在空间某处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变化的电场变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。【例 1】下列有关电磁场理论的说法正确的是()A任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场 B任何电场都要在周围空间产生磁场 C任何变化的电场都要在周围空间产生磁场 D电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场 思路点拨：(1)静电场周围不产生磁场。(2)不均匀变化的电场与磁场，才能形成电磁场。C 根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定
7、的，故 A 错；同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故 B 错；电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场；只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故 D错，C 正确。跟进训练 1关于电磁场的理论，下列说法正确的是()A变化的电场周围产生的磁场一定是变化的 B变化的磁场周围产生的电场一定是变化的 C均匀变化的磁场周围产生的电场是均匀变化的 D振荡电场周围产生的磁场也是振荡的 D 非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，而均匀变化的电场产生稳定的磁场，所以变化的电场周围一定产生磁场。变化的磁场周围一定产生电场，但不一定
8、变化，故 AB 错误；均匀变化的磁场一定产生稳定的电场，而非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，故 C 错误；周期性变化的振荡电场一定产生同周期变化的振荡磁场，故 D 正确。对电磁波的理解 如图所示，图(甲)和图(乙)中变化的磁场，能形成电磁波的是哪个？(甲)(乙)提示：图乙。1电磁波的特点(1)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。(2)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。(3)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质场物质，所以传播时不再需要其他介质。(4)任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即 c3.0108 m/s，电磁波
9、传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小。2波长、频率与波速之间的关系 波速波长频率，即 vf。(1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关。所以同一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的速度都比在真空中速度小。(2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同。(3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：vc。【例 2】波长为 0.6 m 的红光，从 10 m 外的交通信号灯传到你的眼睛，大约需要多长时间？它的频率是多少？思路点拨：(1)1 m106 m，6107 m(2)电磁波传播速度是光速 c，且有 cf。解析 由速
10、度公式 vxt可求得时间，可根据电磁波波长、频率和波速关系式 cf 可得频率，其中 txc103108 s3.33108 s 由 cf 得 fc 31086107 Hz51014 Hz。答案 3.33108 s 51014 Hz 跟进训练 2关于电磁场和电磁波，下列说法不正确的是()A变化的电场周围产生变化的磁场，变化的磁场周围产生变化的电场，两者互相联系，统称为电磁场 B电磁场从发生区域由近及远地传播形成电磁波 C电磁波是一种物质，可在真空中传播。所以，平时说真空没有实物粒子，但不等于什么都没有，还有“场”这种特殊物质 D电磁波可在真空中传播，也可在介质中传播 A 根据麦克斯韦电磁场理论，非
11、均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生的是稳定的磁场，所以 A 项错误。对电磁波谱的理解 在我们身边到处都有电磁波的影子，它的应用更是比比皆是。下面列出的设备中工作时所发出的波，哪些属于电磁波？(1)微波炉加热食物时发出的波。(2)电视发射塔发出的波。(3)互联网光缆中传播的波。(4)电视机遥控器发出的波。提示：均属于电磁波。1电磁波谱是把电磁波按波长由大到小的顺序排列起来的图表。顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线。它们共同构成了范围广阔的电磁波谱。2电磁波谱中各种波段的特征用途比较(如下表)电磁 波谱无线 电波红外线可见光紫外线伦琴 射线射线 特性波动性强
12、热作用强感光 性强化学作用荧光效应穿透力大穿透力最强 电磁 波谱无线 电波红外线可见光紫外线伦琴射线射线 用途通信广 播、导航加热、遥测遥感、红外摄像、红外制导照明、照相等杀菌消毒、治疗皮肤病等检查、探测、透视、治疗探测、治疗【例 3】(多选)下列有关电磁波的特性和应用，说法正确的()A红外线和 X 射线都有很高的穿透本领，常用于医学上透视人体 B过强的紫外线照射有利于人的皮肤健康 C电磁波中频率最大的为 射线，可以摧毁病变的细胞 D紫外线和 X 射线都使感光底片感光 思路点拨：(1)波长短，频率高的能量大。(2)波长长的易发生衍射现象。CD X 射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，红
13、外线不能，A 错误；过强的紫外线照射对人的皮肤有害，B 错误；电磁波中频率最大的为 射线，可以摧毁病变的细胞，C 正确；紫外线和X 射线都可以使感光底片感光，D 正确。跟进训练 3关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是()A电磁波可以传递信息，声波不能传递信息 B手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波 C太阳光中的可见光和医院“B 超”中的超声波传播速度相同 D遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的 X 射线波长相同 B 声波、电磁波都能传递能量和信息，A 项错误；在手机通话过程中，既涉及电磁波又涉及声波，B 项正确；可见光属于电磁波，“B 超”中的超声波是声波，波速不同，C 项错误；红外
14、线波长较 X射线波长长，故 D 项错误。1物理观念：麦克斯韦的电磁场理论，电磁波谱 2科学思维：电磁波的产生及电磁波谱的利用 3科学方法：实验法、假设法、归纳法等 当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 1第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是()A 法拉第 B 奥斯特 C 赫兹D 麦克斯韦 C 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故 C 正确。1 2 3 4 5 2关于电磁场，下列说法不正确的是()A在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场 B电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场 C电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体 D电磁场中的电场的变化频率
15、和磁场的变化频率是相同的 1 2 3 4 5 A 电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合。所以选项 A 错。1 2 3 4 5 3关于电磁波，下列说法正确的是()A所有电磁波的频率相同 B电磁波只能在真空中传播 C电磁波在任何介质中的传播速度相同 D电磁波在真空中的传播速度是 3108 m/s 1 2 3 4 5 D 电磁波的频率不一定相同，就是无线电电磁波也有很多频道和频率，选项 A 错；电磁波既能在真空中传播，也能在介质中传播，选项 B 错；不同频率的电磁波在不同的介质中的传播速度都不相同，选项 C 错；电磁波在真空中的传播速度是 3108 m
16、/s，选项 D正确。1 2 3 4 5 4(多选)关于电磁波谱，下列说法正确的是()A电视遥控器利用的是红外线 B医院里常用 X 射线对病房和手术室进行消毒 C利用紫外线的荧光效应可设计防伪措施 D 射线波长比 X 射线波长短 1 2 3 4 5 ACD 由于红外线波长较长，容易发生衍射，所以电视遥控器利用了红外线，A 正确；紫外线有显著的化学作用，可利用紫外线消毒，所以医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，B 错误；在紫外线的照射下，许多物质会发出荧光，根据这个特点可以设计防伪措施，C 正确；射线波长比 X 射线波长短，D 正确。1 2 3 4 5 5情境：赫兹的实验：如图所示。实验现象：
17、当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环的两个金属小球间也跳过电火花。1 2 3 4 5 问题：(1)当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，为什么导线环的两个金属小球间也跳过电火花？(2)该实验在真空中效果更明显，为什么？1 2 3 4 5 解析(1)当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播，在电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙处也产生了火花。1 2 3 4 5(2)电磁波不需要介质可在真空中传播，电磁波是带有能量的，电磁波在介质中传播时把部分能量传递给了介质，在真空中传播时，没有转移能量的载体，所以不会损耗。答案 见解析 点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!