第四章 电磁波及其应用

1、第四章 电磁波及其应用（兴趣材料） 聪聪的妈妈去了美国，聪聪想妈妈，每天都给妈妈打电话，聊得可开心了，一边聊还能看看到妈妈笑呢！原来，聪聪家有一个神奇的可视电话，怪不得聪聪不哭了呢？那么，聪聪妈妈笑的图像是怎么从遥远的美国传过来的呢？是不是聪聪妈妈“上电视”了呢？学习了这一章的知识，你就知道是怎么一回事了。链接生活人类社会已经进入了信息时代，信息爆炸似的产生，通信成了信息时代的生命线，现代通信离不开电磁波，现代电子技术如通讯、广播、电视、导航、雷达、遥感、测控、电子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁波的发射、控制、传播和接收；从家用电器、工业自动化到地质勘探，从工业、农业到医疗卫生等国民经

2、济领域，几乎全都涉及电磁场理论的应用。链接知识上一章我们学习了法拉第电磁感应定律，知道变化的磁场可以使线圈中产生电流，而电流又会产生磁场，磁场又会产生电流，那大家可以思考一下，究竟在我们所生活的空间中，电场和磁场是以怎样的形式存在的呢？学习了这一章节，我们就会明白了。链接高考 高中物理新课程标准对这部分知识进行如下要求： （1）初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，体会其在物理学发展中的重要意义。初步了解场是物质存在的基本形式之一。（2）列举电磁波在日常生活和生产中的广泛应用。了解电磁波的技术应用对人类生活方式的影响，结合日常生活中的具体实例发表见解。例如：讨论通信技术的发展对人类生活方式的影

3、响。（3）举例说明科学技术的应用对人类现代生活产生的正面和负面影响，对科学、技术及社会协调发展的重要性发表自己的观点。例如：举例说明电磁波的应用对人类生活产生的正面和负面影响。第1节 电磁波的发现【思维导图】 【教材详解】 知识幻灯片1 电磁波的发现问题情景英国媒体的报道引起了几个同学的讨论，报道称：美国科学家雷库兹韦尔日前声称，随着纳米技术的发展和对人体机能的更了解，人类在2029年将改造成为半机器人，从而实现长生不老的梦想。小华和小明怀疑这篇报道的真实性，说这是不可能的，但小君和小伟却深信不疑，他们查阅了许多资料，发现，原来物理学史上有很多预言，并且很多都得到了应验，那这节课我们就来认识一

4、个著名的预言：麦克斯韦的电磁场理论。（知识讲解）1、伟大的预言麦克斯韦于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思想以清晰准确的数学形式表示出来。他在前人成就的基础上，对整个电磁现象作了系统、全面的研究，凭借他高深的数学造诣和丰富的想象力接连发表了电磁场理论的三篇论文：论法拉第的力线（1855年12 月至1856年2月）；论物理的力线（1861至1862年）；电磁场的动力学理论（1864年12月8日）。对前人和他自己的工作进行了综合概括，将电磁场理论用简洁、

5、对称、完美数学形式表示出来，经后人整理和改写，成为经典电动力学主要基础的麦克斯韦方程组。据此，1865年他预言了电磁波的存在，电磁波只可能是横波，并计算了电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。麦克斯韦于1873年出版了科学名著电磁理论。系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。这一理论成为经典物理学的重要支柱之一。示例在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是A赫兹B爱因斯坦C麦克斯韦D法拉第解析：麦克斯韦在1865年预言了电磁波的存在，而赫兹是在1886年证实了电磁波的存在，所以，答案是 C答案 C学以致用：课后问题与

6、联系四，为什么人们要纪念麦克斯韦和赫兹？2、麦克斯韦电磁场理论 （1）变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合线圈，由电磁感应现象可知，闭合线圈中会有电流产生，联系场的观点，产生电流肯定是由于电荷的定向移动，而电荷的定向移动肯定是受到电场力的作用，基于此，麦克斯韦认为，这个现象的实质是变化的磁场在空间中产生了电场。如果在这个空间中存在闭合电路，那么，电场中的自由电荷就在这个电场作用下做定向移动，从而形成电流；即使没有线圈，也同样在空间中形成电场。磁场变化时产生电场，这是必然的。（2）变化的电场产生磁场。既然变化的磁场可以产生电场，那么变化的电场周围会不会产生磁场呢？麦克斯韦确信自然界的和谐与

7、统一，相信电与与磁场具有对称之美。并且大胆提出假设：变化的电场在空间中产生磁场。示例下列说法中正确的是A、在电场周围一定存在磁场B、静止电荷能够在周围空间产生稳定的磁场C、麦克斯韦提出并证明了电磁波的存在D、以上说法都不对解析：由麦克斯韦电磁场理论的基本观点：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。可以排除选项A和B，电磁波是麦克斯韦在1865年预言存在的，但却是由赫兹在1886年证实了存在的，所以，答案是 D小笔头：电能生磁，磁能生电，前提条件：“变化的”答案 D 小笔头 3.电磁波有一个有趣的问题曾经引起无数人的争论，先有蛋还是先有鸡的问题，蛋能生鸡，鸡能生蛋，蛋再生鸡，鸡再生蛋周而复始，

8、那么，变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。磁场再产生电场，电场又会产生磁场于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远的传播，会产生什么呢？（1）电磁波的产生：周期性变化的电场周围空间产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场在周围空间产生周期性变化的电场。这种周期性变化的电场和磁场由近及远地传播就形成电磁波（2）电磁波的特点：电磁波是横波；电磁波在真空中传播的速度C=3108m/s；电磁波的传播不需要介质；电磁波能产生反射、折射、衍射、干涉等现象（3）赫兹用实验证实了电磁波的存在，还测定了电磁波的波长和频率，得到电磁波的传播速度等。示例第一个用实验证实电磁波存在的物理学家是A赫兹B爱因斯坦C麦克

9、斯韦D法拉第答案 A3.赫兹的实验麦克斯韦的理论提出以后，有很多人不相信他的理论，不相信有电磁波的存在，怎么样才能让人们相信电磁波的存在呢？很简单，实践（实验）是检验真理的唯一标准，遗憾的是麦克斯韦英年早逝，后继的工作主要是赫兹完成的。（1）实验原理图：左侧仪器上有两个抛光的金属球，两球之间的间隙很小，两个金属球接到一个感应圈（提供高电压）的两端，两球间的电压很高，间隙间的电场很强，空气中的分子被电离，从而形成通路，当有一簇电荷通过时，就能看到电火花，右侧的仪器是一根环状的导线，导线的两端安装有两个金属球，中间留有空隙。把这个导线环放在距离感应线圈不太远的位置时，赫兹观察到：当感应线圈两个金属

10、球间有火花跳过时，导线环的两个金属球之间也跳过火花。（2）赫兹的推断：当火花在感应圈的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场，按照麦克斯韦的理论这种变化的电磁场以电磁波形式在空间传播，当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的小球间隙中也产生火花，因此检验了电磁波的存在。（3）赫兹的实验贡献及意义： 贡献：检验到了电磁波的存在； 观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象； 证明了电磁波在真空中具有与光相同的速度； 在人类历史上首先捕捉到了电磁波，证明了麦克斯韦的电磁理论。 意义：赫兹的实验为无线电技术的发展开拓了道路。延伸拓展 1.对麦

11、克斯韦电磁场理论的理解（1）均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场。“均匀变化”指的是：在相等时间内磁感强度（电场强度）的变化量相等，或者说磁感强度（电场强度）对时间的变化率为一定值。（2）周期性变化的磁场产生同频率的周期性电场，振荡的（周期性变化的）电场产生同频率的振荡磁场。（3）变化的电场和变化的磁场总是相互联系着，行成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。2.电磁波与机械波的相同点与区别（1）电磁波是横波，机械波有横波和纵波两大类。（2）电磁波的速度远大于机械波（例如，在真空中电磁波的速度等于光速，声速只有340m/s）（3）电磁波的传播不一定需要介质（真空中也能传播），机械波传播必须有介质。（4）电磁波向外传播的是电磁能，机械波传播的是机械能。知识盘点 （1）基本知识麦克斯韦提出电磁场理论，并预言电磁波的存在； 麦克斯韦电磁场理论基本内容：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场。 赫兹通过实验证实了电磁波的存在。 （2）本节内容体现出科学研究物理问题的思想方法 联想的方法。麦克斯韦从法拉第电磁