宁夏回族自治区银川市六盘山高级中学高中物理人教版（选修3-4）第十四章电磁波第1节电磁波的发现(共56张PPT).ppt

第十四章 电磁波,第1节 电磁波的发现,学习目标,1知道麦克斯韦电磁场理论的基本内容。2知道电磁波的特点。3.会分析LC振荡回路中振荡电流的产生过程。4.知道LC电路中能量转化情况。5.知道LC电路的周期和频率公式，知道周期（频率）的决定要素。重点难点：1.麦克斯韦电磁场理论的基本内容。2.LC回路振荡过程的分析。,问题提出,电磁波看不见、摸不着，怎么知道它真实存在呢？,奥斯特电流的磁效应,法拉第电磁感应现象,科学的足迹,麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。,一、麦克斯韦的电磁场理论要点,麦克斯韦的电磁场理论要点伟大的预言,1、变化的磁场产生电场 装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。,-法拉第的发现,问题思考,（1）线圈中产生感应电动势说明了什么？麦克斯韦认为：变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电场吗？有电流吗？有电场，无电流。（3）假如线圈不存在时，线圈所在处的空间还存在电场吗？,电磁场理论主要结论一：,麦克斯韦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，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。,结论一：变化的磁场产生电场,一、麦克斯韦的电磁场理论要点,麦克斯韦的电磁场理论要点伟大的预言,2变化的电场产生磁场 既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？,麦克斯韦提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。,-麦克斯韦的预言,结论二：变化的电场产生磁场,二、电磁场、电磁波,1.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、电磁场、电磁波,2.电磁波：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。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。,电磁场由产生区域向外传播就形成了电磁波，无需介质。电磁波在真空中传播的速度是光速。光是电磁波的一种。电磁波在空间传播时，在任一位置上（或任一时刻）E、B、v三矢量相互垂直。电磁波是横波。电磁波是一种物质，具有能量。具有干涉、衍射现象。,电磁波的传播图景分析,二、电磁场、电磁波,3.电磁波形成示意图：,非均匀变化的磁场,变化电场,若是均匀变化,稳定磁场,不再激发,若非均匀变化,变化磁场,若是均匀变化,稳定电场,若非均匀变化,激发,激发,激发,激发,三、赫兹的电火花,麦克斯韦英年早逝，未能见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理，这是赫兹的功劳。,德国于1994年发行的纪念赫兹逝世100周年的邮票,三、赫兹的电火花,1.试验装置：,(1)连接感应圈的两个金属球。,(2)导线环上的两个金属球。,2.试验现象：,当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花。,3.现象解释：,当感应圈两个金属球间有火花跳过时，立刻产生了一个交变电磁场，形成电磁波在空间传播，经过导线环时激发出感应电动势，使得导线环中也产生了火花。,4.捕捉电磁波的模拟试验：,在赫兹发现电磁波六年后，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。,STS-无线电发展史,比赫兹实验早七年，一位叫戴维的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长G斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使他的发现被埋没了。,科学趣闻,生产生活中电磁波的产生及应用,核弹爆炸,1.变化的磁场产生电场,2.变化的电场产生磁场,恒定的电场周围无磁场，恒定的磁场周围无电场。,周期性变化的电场周围存在同周期的磁场，周期性变化的磁场在周围产生同周期的电场。,均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场。,小结：麦克斯韦的电磁场理论,1.根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的（）A.在电场周围一定产生磁场，在磁场周围一定产生电场B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D.振荡的电场周围一定产生同频率变化的磁场,D,巩固练习,2.下面说法中正确的是（）A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场B.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场C.静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场D.变化的电场和磁场互相激发，形成由近及远 传播的电磁波。,巩固练习,D,3.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是:()A.电磁波是横波B.电磁波的传播需要介质C.电磁波能产生干涉和衍射现象D.电磁波中电场和磁场处处相互垂直.,巩固练习,ACD,电磁污染,电磁污染 基本上是两大类：一是自然界所固有的；再就是人在利用电磁能时形成的目前在人类的生存环境中，自然界固有的电磁辐射的影响已相对较小，人为的电磁辐射的影响却在迅速增大在我国近十几年来电磁辐射的影响更是爆炸性的增强，“电气烟雾”弥漫在我们周围作为人造电磁辐射源，它还涉及很多方面，例如，广播电台、电视台、雷达、导航、通信、射电天文、气象预测、医疗设备中的电针炙、核磁共振等，宇航方面的各种飞行器等电子设备都会辐射电磁波，家庭中使用的微波炉、红外烤箱等家用电器，也都会产生电磁辐射,生活环境中充满了电磁波，只要是使用电的电器用品，都会放出电磁波。墙壁中看不见的电线，也会使电磁波检测笔哔哔叫。所以睡觉时不要太靠近装有电线的墙壁，以免因电磁波影响而无法好好睡一觉。而现代人人手一手机，它的电磁波其实是很强的。在电脑前拨通手机，大家往往会发现电脑萤幕闪铄不已。又在打开的收音机前拨通手机，收音机也受到很大的干扰。,电磁污染,微波炉的微波也是很强的电磁波，有人曾经做过实验，发现微波抑制了植物的生长！这个实验是将4盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波5秒、10秒、15秒、20秒後，移出置於空旷处。另外一盆完全不照射微波做为实验控制组。观察这5盆绿豆芽每天的生长进度，发现不受微波照射的实验控制组，绿豆苗生长正常。经微波照射过后的植物，只有照射5秒的一盆尚有存活力，其他一概陆续枯萎，可见微波对生物的杀伤力。虽然如此，微波过的食物仍可食入，绝不会吃进微波的！,电磁污染,另外也有人做微波使鱼眼变白的实验，将鱼眼睛放入微波炉中，照射微波九秒后观察鱼眼睛的变化。发现微波使鱼眼睛煮熟了。而当人的眼晴暴露在微波中，人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白，于是再也看不见东西了，这就是所谓的白内障。,电磁污染,手机的电磁污染危害原因：在待机状态下，手机不断的发射电磁波，与周围环境交换信息。手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强。,电磁污染,电磁波可能造成的伤害手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响电磁辐射的危害会不断累积在十至十五年后很可能出现更多因手机普及而导致的癌症病例电磁辐射对胎儿的发育起到极大的影响。容易导致胎儿畸形和发育不良。,无线电波,红外线,可见光,紫外线,射线,三、红外线,750nm106nm,由英国人赫歇尔于1800年首先发现,热效应,一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度 越高,辐射的红外线越强.热辐射-即红外线辐射,热传递方式之一,红外摄影、红外遥感技术等,非接触红外测温仪,红外线遥感,红外线检视器是利用红外线能穿透颜料的特性，揭示顏料层下隐藏的资料利用红外线发射器、接收器及屏幕显示器，油画上炭笔初稿及已往曾经进行过的修复工作都能一一呈现于眼前,四、可见光,400nm700nm,能作用于眼睛并引起视觉,照明、摄影等,五、紫外线,5nm370nm,由德国物理学家里特于1801年首先发现的,荧光效应化学作用杀菌消毒,感光技术、医用消毒等,画面上可以清晰的看到钱币上的防伪标记,返回,紫外线,注意:消毒灯、验钞机灯看起来是淡蓝色的。这不是紫外线。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,X射线由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,六、X射线和射线,X射线：108m1012m射线：小于1010m,电磁波具有能量，电磁波是一种物质,七、电磁波的能量,微波炉,能量的相对大小,波长/nm,400,800,1200,1600,2000,紫外线,可见光,红外线,黄绿光,八、太阳辐射,0,阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感,练习,下列各组电磁波，按波长由长到短排列正确的是（）A.紫外线、可见光、红外线、射线B.可见光、红外线、紫外线、射线C.射线、红外线、紫外线、可见光D.红外线、可见光、紫外线、射线,电磁波谱：,电磁波的频率范围很广。按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱，叫做电磁波谱。,可见光,（赤橙黄绿蓝靛紫）,红外线,无线电波,紫外线,X射线和射线,（700nm400nm）,（400nm5nm）,小,大,（1mm700nm）,（1mm）,（5nm）,可见光：,可见光的波长在700-400nm之间。,太阳光是由组成的赤橙黄绿蓝靛紫七种光组成的。不同颜色的光时不同波长（频率）范围的电磁波,红外线,是一种光波，比无线电波短，比可见光长。所有物体都辐射红外线。主要作用是热作用。人眼看不见红外线。,利用红外线测量体温,红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感,红外线技术的应用,注意:烤箱中的红光,不是红外线,红外线是看不见的.,利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域,红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见,无线电波,1的电磁波。用通信和广播。微波炉用的也是无线电波。,电视塔能发射无线电波,利用微波加热,紫外线,波长范围在5-400nm的电磁波是紫外线。,紫外线具有较高的能量。,紫外线消毒,紫外线验钞,X射线和射线,波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和射线,X射线和射线的波长很短，具有很强的穿透性。,电磁波的能量,电场是电荷周围客观存在的物质,磁场时客观存在的物质,电磁波是客观存在的物质,电磁波具有能量。,四、太阳辐射太阳辐射中含有可见光、红外线、紫外线，同时还有X射线、射线、无线电波。太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内，如下图。波长在黄绿光附近，辐射的能量最强。,小结,一、麦克斯韦电磁场理论1变化的磁场产生电场2变化的电场产生磁场3电磁场传播电磁波4、电磁波不需介质，以光速传播。二、赫兹证实：1、电磁场、电磁波的存在。2、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现 象，证明了电磁波与光具有相同的性质。,小结,二、电磁波谱 1、电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线、射线三、电磁波的能量电磁波有能量。电磁波是一种物质。四、太阳辐射太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域。黄绿光附近，辐射的能量最强。,3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同 红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感；紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒；伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用刀进行手术,返回,