（新教材）人教版高中物理必修第三册课件：13.4 电磁波的发现及应用 .pptx

1、第十三章第十三章 电磁感应与电磁波初步电磁感应与电磁波初步 学学 习习 目目 标标 1.通过对电磁感应现象实质的分析通过对电磁感应现象实质的分析,知道麦克斯韦的电磁场理论知道麦克斯韦的电磁场理论, 体会电场和磁场是相互联系的统一体和物理的对称之美体会电场和磁场是相互联系的统一体和物理的对称之美,领会在领会在 电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法. 2.通过对物理史实的研究通过对物理史实的研究,知道麦克斯韦根据电磁场理论预言了知道麦克斯韦根据电磁场理论预言了 电磁波的存在电磁波的存在,知道赫兹用实验证实了电磁波的存在知道赫兹用实验证实了电磁波的存在,了解电磁了解电

2、磁 波的产生波的产生,知道电磁场的物质性知道电磁场的物质性,体会赫兹实验以及麦克斯韦电体会赫兹实验以及麦克斯韦电 磁理论的重要意义磁理论的重要意义. 3.了解电磁波的特点了解电磁波的特点,会用会用c=f解决问题解决问题,知道电磁波谱中的不同知道电磁波谱中的不同 波段和用途波段和用途,体验科学知识在生产和生活中的应用体验科学知识在生产和生活中的应用,理解科学、理解科学、 技术、社会、环境之间的关系技术、社会、环境之间的关系. 4 4 电磁波的发现及应用电磁波的发现及应用 知识点一知识点一 电磁场电磁场 答案答案:库仑库仑库仑定律库仑定律;安培安培安培定则、分子电流安培定则、分子电流 假说等假说等

3、;奥斯特奥斯特电流的磁效应电流的磁效应;法拉第法拉第电磁感应电磁感应 现象等现象等. 1.麦克斯韦在哪些科学家的研究成果基础上建立了经典麦克斯韦在哪些科学家的研究成果基础上建立了经典 电磁场理论电磁场理论?他们的主要研究成果分别是什么他们的主要研究成果分别是什么? 2.麦克斯韦认为麦克斯韦认为:电磁感应现象的实质是变化的磁场产电磁感应现象的实质是变化的磁场产 生了电场生了电场.对于这一观点对于这一观点,麦克斯韦是如何论证的麦克斯韦是如何论证的? 答案答案:在变化的磁场中放入一个闭合电路在变化的磁场中放入一个闭合电路,电路里会产生电路里会产生 感应电流感应电流,既然产生了感应电流既然产生了感应电

4、流,一定是有了电场一定是有了电场,它促它促 使导体中的自由电荷做定向运动使导体中的自由电荷做定向运动;即使在变化的磁场中即使在变化的磁场中 没有闭合电路没有闭合电路,同样会在空间中产生电场同样会在空间中产生电场.因此因此,麦克斯麦克斯 韦认为韦认为:电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了电场电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了电场. 3.麦克斯韦关于电磁场的观点麦克斯韦关于电磁场的观点: (1)电磁感应现象的实质是电磁感应现象的实质是 . (2)变化的电场就像导线中的电流一样变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁会在空间产生磁 场场,即即 . (3)变化的电场和磁场总是相互联系的变化的电

5、场和磁场总是相互联系的,形成一个不可分形成一个不可分 割的统一的割的统一的 . 变化的磁场产生了电场变化的磁场产生了电场 变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 电磁场电磁场 知识点二知识点二 电磁波电磁波 1.伟大的预言伟大的预言. 麦克斯韦推断麦克斯韦推断:如果在空间某区域中有周期性变化的电场如果在空间某区域中有周期性变化的电场,那那 么它就在空间引起么它就在空间引起 ;这个变化的磁场又这个变化的磁场又 引起新的变化的引起新的变化的 ,如下图所示如下图所示.于是于是,变化的电场和变化变化的电场和变化 的磁场交替产生的磁场交替产生,由近及远地向周围传播由近及远地向周围传播.一个伟大的预言诞一个

6、伟大的预言诞 生了生了空间可能存在空间可能存在 . 周期性变化的磁场周期性变化的磁场 电场电场 电磁波电磁波 2.电磁波的特点电磁波的特点: (1)电磁波可以在真空中传播电磁波可以在真空中传播,电磁波的传播靠的是电场电磁波的传播靠的是电场 和磁场的相互“激发”和磁场的相互“激发”,不需要不需要 . (2)电磁波的速度等于电磁波的速度等于 . (3)光是以光是以 传播的一种电磁振动传播的一种电磁振动. 3. 通过实验捕捉到了电磁波通过实验捕捉到了电磁波,证实了麦克斯韦的电证实了麦克斯韦的电 磁场理论磁场理论,为无线电技术的发展开拓了道路为无线电技术的发展开拓了道路. 介质介质 光速光速 波动形式

7、波动形式 赫兹赫兹 知识点三知识点三 电磁波谱电磁波谱 1.下图是一列水波的示意图下图是一列水波的示意图.阅读教材阅读教材,完成下列问题完成下列问题. (1)在一列水波中在一列水波中,凸起的最高处叫作波峰凸起的最高处叫作波峰,如图中标示的如图中标示的 ;凹下的最低处叫作波谷凹下的最低处叫作波谷,如图中标示的如图中标示的 .临近临近 的两个波峰的两个波峰(或波谷或波谷)的距离叫作波长的距离叫作波长,用用表示表示,如图所示如图所示. (2)在在1 s 内有多少次波峰内有多少次波峰(或波谷或波谷)通过通过,波的波的 就是多就是多 少赫兹少赫兹.用来描述波传播快慢的物理量叫作用来描述波传播快慢的物理量

8、叫作 ,波速波速、 波长、频率三者的关系是波长、频率三者的关系是 . A、A D、D 频率频率 波速波速 波速波速=波长波长频率频率 2.电磁波的波速电磁波的波速c与波长与波长、频率、频率f的关系是的关系是 ,电磁波在电磁波在 真空中的传播速度真空中的传播速度c= . 3.电磁波的频率范围很广电磁波的频率范围很广.按电磁波的按电磁波的 的的 顺序把各种电磁波排列起来顺序把各种电磁波排列起来,就是电磁波谱就是电磁波谱.阅读教材第阅读教材第121 页页,了解电磁波谱及其应用了解电磁波谱及其应用. c=f 3108 m/s 波长或频率大小波长或频率大小 知识点四知识点四 电磁波的能量电磁波的能量 1

9、.赫兹通过实验证实了赫兹通过实验证实了 的存在的存在,这意味着这意味着,电磁场电磁场 不仅仅是一种描述方式不仅仅是一种描述方式,而且是真正的而且是真正的 存在存在. 2.生活中常用微波炉来加热食物生活中常用微波炉来加热食物,食物增加的能量是微波食物增加的能量是微波 给它的给它的,可见可见,电磁波具有电磁波具有 . 电磁波电磁波 物质物质 能量能量 小试身手小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流( (正确的打“正确的打“”, ,错误错误 的打“的打“”).”). 1.恒定电流周围产生磁场恒定电流周围产生磁场,磁场又产生电场磁场又产生电场.( ) 2.电磁波的传播不

10、需要介质电磁波的传播不需要介质.( ) 3.赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论.( ) 4.电磁波在真空中的传播速度是电磁波在真空中的传播速度是3108 m/s.( ) 5.X射线对生命物质有较强的作用射线对生命物质有较强的作用,过量的过量的X射线辐射会引起射线辐射会引起 生物体的病变生物体的病变.( ) 6.射线比射线比X射线的频率还要高射线的频率还要高.( ) 探究探究一一 电磁场电磁场 问题情境问题情境 (一一)如图所示如图所示,当穿过螺线管的磁场随时间变化时当穿过螺线管的磁场随时间变化时,上面的上面的 闭合线圈中产生感应电流闭合线圈中产生感应电流,感应电流使灯

11、泡发光感应电流使灯泡发光. 1.上面的闭合线圈中为什么会产生感应电流上面的闭合线圈中为什么会产生感应电流? 答案答案:变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场,正是这种电场促使闭合线圈中正是这种电场促使闭合线圈中 的自由电子做定向运动的自由电子做定向运动,产生感应电流产生感应电流. 2.用不导电的塑料线绕制线圈用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中会不会有电流线圈中会不会有电流?线圈所线圈所 在位置是否存在电场在位置是否存在电场?线圈不存在时线圈所在处的空间是不线圈不存在时线圈所在处的空间是不 是仍有电场是仍有电场?这说明了什么这说明了什么? 答案答案:塑料线圈中无电流塑料线圈中无电流,因为塑料线圈内没

12、有自由电荷因为塑料线圈内没有自由电荷.线线 圈所在的位置有电场圈所在的位置有电场.线圈只是用来显示电场的存在的线圈只是用来显示电场的存在的,线圈线圈 不存在时不存在时,变化的磁场同样在周围空间产生电场变化的磁场同样在周围空间产生电场.这说明变化这说明变化 的磁场产生电场是一种普遍存在的现象的磁场产生电场是一种普遍存在的现象,跟闭合线圈是否存跟闭合线圈是否存 在无关在无关. (二二)如图所示如图所示,在平行板电容器的外面放一小在平行板电容器的外面放一小 磁针磁针,电容器不带电时电容器不带电时,小磁针指向如图所示小磁针指向如图所示. 3.在给电容器充电过程中在给电容器充电过程中,极板上的电荷量增加

13、极板上的电荷量增加,板间的电场板间的电场 如何变化如何变化?小磁针的指向发生了变化小磁针的指向发生了变化,说明了什么说明了什么? 答案答案:板间的电场增强板间的电场增强;小磁针指向变化小磁针指向变化,说明有其他磁场产生说明有其他磁场产生, 变化的电场产生了磁场变化的电场产生了磁场. 4.给电容器充电结束后给电容器充电结束后,板间是否存在电场板间是否存在电场?小磁针的指向与小磁针的指向与 电容器不带电时的指向相同电容器不带电时的指向相同,这说明了什么这说明了什么? 答案答案:充电结束后充电结束后,极板上电荷量不再增加极板上电荷量不再增加,板间仍有电场板间仍有电场,不不 过电场不再变化过电场不再变

14、化;小磁针的指向与原来相同说明稳定的电场小磁针的指向与原来相同说明稳定的电场 不产生磁场不产生磁场. 过程建构过程建构 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解对麦克斯韦电磁场理论的理解. 电生磁电生磁 磁生电磁生电 变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场 均匀变化的电场产生恒定的磁场均匀变化的电场产生恒定的磁场 均匀变化的磁场产生恒定的电场均匀变化的磁场产生恒定的电场 周期性变化的电场产生周期性变化周期性变化的电场产生周期性变化 的磁场的磁场 周期性变化的磁场产生周期性变化周期性变化的磁场产生周期性变化 的电场的电场 2.电磁场电磁场. 电磁场通常是动态的电磁场通常

15、是动态的,并且电场和磁场不可分割并且电场和磁场不可分割. 【典例【典例1】(多选多选)关于麦克斯韦电磁场理论关于麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( ) A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场 B.稳定的电场能够在周围空间产生稳定的磁场稳定的电场能够在周围空间产生稳定的磁场 C.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场 D.均匀变化的电场和磁场互相激发均匀变化的电场和磁场互相激发,形成由近及远的电磁场形成由近及远的电磁场 解析解析:当电流恒定时当电流恒定时,其产生的磁场是稳定的其产生的磁场是稳

16、定的,选项选项A正确正确.稳定的稳定的 电场不能产生磁场电场不能产生磁场,选项选项B错误错误.均匀变化的电场产生稳定磁场均匀变化的电场产生稳定磁场, 而稳定的磁场不能激发电场而稳定的磁场不能激发电场,故不能形成由近及远的电磁场故不能形成由近及远的电磁场,选选 项项C正确正确,选项选项D错误错误. 答案答案:AC 探究探究二二 电磁波和电磁波谱电磁波和电磁波谱 问题情境问题情境 1.麦克斯韦推断的电磁波产生和传播的示意图如图所示麦克斯韦推断的电磁波产生和传播的示意图如图所示. 电场和磁场有什么特点电场和磁场有什么特点? 答案答案:周期性变化的电场在空间引起周期性变化的磁场周期性变化的电场在空间引

17、起周期性变化的磁场,这这 个变化的磁场又引起新的变化的电场个变化的磁场又引起新的变化的电场,变化的电场和变化变化的电场和变化 的磁场交替产生的磁场交替产生,由近及远地向周围传播由近及远地向周围传播. 2.收音机能接收某电台发出的无线电波的中波信号收音机能接收某电台发出的无线电波的中波信号,中波中波 波长范围为波长范围为2003 000 m.如何计算中波信号的频率范围如何计算中波信号的频率范围? 答案答案:电磁波的传播速度、波长、频率之间满足关系电磁波的传播速度、波长、频率之间满足关系c=f, 所以所以f1= = Hz=1.5106 Hz, f2= = Hz=1.0105 Hz, 即中波信号的频

18、率范围为即中波信号的频率范围为1.01051.5106Hz. 过程建构过程建构 1.对电磁波的理解对电磁波的理解. (1)麦克斯韦预言了电磁波的存在麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹证实了电磁波的存在赫兹证实了电磁波的存在, 测出了波长和频率测出了波长和频率,证实了电磁波在真空中传播速度等于光速证实了电磁波在真空中传播速度等于光速. (2)电磁波是一种客观存在的物质电磁波是一种客观存在的物质,是物质存在的另一种形式是物质存在的另一种形式. (3)电磁波具有能量电磁波具有能量,电磁场的能量通过电磁波来传播电磁场的能量通过电磁波来传播. (4)电磁波的传播不需要介质电磁波的传播不需要介质,电磁波可以

19、在真空中传播电磁波可以在真空中传播,电磁电磁 波在其他介质中的传播速度都比在真空中的小波在其他介质中的传播速度都比在真空中的小. (5)电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的速度电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的速度,即即 c=3.0108 m/s. (6)电磁波能传递信息电磁波能传递信息. 2.电磁波谱电磁波谱. 不同电磁波具有不同的波长不同电磁波具有不同的波长(或频率或频率),因此具有不同的特因此具有不同的特 性性,在生产、生活中有不同的应用在生产、生活中有不同的应用. 电磁波电磁波 应用应用 长波、中波、短波长波、中波、短波 广播信号的传输广播信号的传输 微波微波 卫星通信、电视

20、信号传输卫星通信、电视信号传输 红外线红外线 红外线理疗仪红外线理疗仪 紫外线紫外线 紫外线消毒灯紫外线消毒灯 X射线射线 诊断病情诊断病情 射线射线 伽马刀伽马刀 【典例【典例2】(多选多选)下列关于电磁波的叙述下列关于电磁波的叙述,正确的是正确的是( ) A.电磁波是电磁场由发生区域向远处传播而产生的电磁波是电磁场由发生区域向远处传播而产生的 B.电磁波在任何介质中的传播速度均为电磁波在任何介质中的传播速度均为3108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时电磁波由真空进入介质传播时,波长变短波长变短 D.电磁波具有波的特征电磁波具有波的特征 解析解析:电磁波是周期性变化的电磁场由发生区域

21、向远处传播而电磁波是周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而 产生的产生的,选项选项A正确正确;电磁波在真空中传播时速度为电磁波在真空中传播时速度为3108 m/s, 选项选项B错误错误;电磁波在传播过程中其频率电磁波在传播过程中其频率f不变不变,由电磁波的波速由电磁波的波速 公式公式c=f知知,由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传 播速度小播速度小,所以可得电磁波在介质中传播时波长变短所以可得电磁波在介质中传播时波长变短,选项选项C正正 确确;电磁波是一种波电磁波是一种波,具有波的特性具有波的特性,选项选项D正确正确. 答案答案:ACD 课堂评

22、价课堂评价 答案答案:BD 1.(多选多选)根据麦克斯韦电磁场理论根据麦克斯韦电磁场理论,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.在电场的周围空间在电场的周围空间,一定存在着和它联系着的磁场一定存在着和它联系着的磁场 B.在变化的电场周围空间在变化的电场周围空间,一定存在着和它联系着的磁场一定存在着和它联系着的磁场 C.恒定电流在其周围不产生磁场恒定电流在其周围不产生磁场 D.恒定电流周围存在着稳定的磁场恒定电流周围存在着稳定的磁场 答案答案:CD 2.(多选多选)下列关于电磁波的说法正确的是下列关于电磁波的说法正确的是 ( ) A.只要电场和磁场发生变化只要电场和磁场发生变化,就能产生电

23、磁波就能产生电磁波 B.电磁波的传播需要介质电磁波的传播需要介质 C.停止发射电磁波停止发射电磁波,发射出去的电磁波仍能独立存在发射出去的电磁波仍能独立存在 D.电磁波具有能量电磁波具有能量,电磁波的传播是伴随着能量的传递的电磁波的传播是伴随着能量的传递的 3.(多选多选)下列关于电磁波谱的理解正确的是下列关于电磁波谱的理解正确的是( ) A.红外线的波长比紫外线的波长短红外线的波长比紫外线的波长短 B.可见光不属于电磁波可见光不属于电磁波 C.无线电波的波长比无线电波的波长比射线的波长要长射线的波长要长 D.微波属于电磁波微波属于电磁波 答案答案:CD 4.下列电磁波按频率从高到低的排列顺序排列正确的是下列电磁波按频率从高到低的排列顺序排列正确的是 ( ) 验钞机的紫外线验钞机的紫外线 电视机遥控器的红外线电视机遥控器的红外线 CT机的机的X射线射线 A. B. C. D. 答案答案:D 5.磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B随时间随时间t变化的四种情况如图所示变化的四种情况如图所示,其其 中能产生电场的有中能产生电场的有 ,能产生电磁波的有能产生电磁波的有 . 答案答案:BCD BD A B C D