2024_2025学年新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步4电磁波的发现及应用学案新人教版必修第三册.doc
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电磁波的发觉及应用
一、电磁场
1.麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设:
(1)改变的磁场能够在四周空间产生电场(如图甲所示)。
(2)改变的电场能够在四周空间产生磁场(如图乙所示)。
2.电磁场:改变的电场和改变的磁场交替产生,形成不行分割的统一体,称为电磁场。
二、电磁波
如图所示,斗争中,天上有卫星,空中有战机,地上有战车,海里有战舰。你知道
是什么把这些战场要素连成一个有机的整体的吗?
提示:是电磁波。战场各个要素通过电磁波互通有无,传递信息,构成一个有机的战场系统。
1.电磁波的产生:周期性改变的磁场四周会产生周期性改变的电场,周期性改变的电场四周也会产生周期性改变的磁场。改变的电场和改变的磁场相互联系在一起,就会在空间形成一个统一的、不行分割的电磁场,这种在空间交替改变的电磁场传播出去就形成了电磁波。
2.电磁波可以在真空中传播,电磁波的传播不须要介质。
3.光也是电磁波:
(1)电磁波的传播速度恰好与真空中的光速相同。
(2)麦克斯韦指出,光是以波动形式传播的一种电磁振动。
4.赫兹的电火花:
如图所示,和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时,空间出现了快速改变的电磁场,这种改变的电磁场以电磁波的形式传到了导线环,导线环中激发出感应电动势,使与导线环相连的金属球间也产生了电火花。这个导线环事实上是电磁波的检测器。
结论:赫兹试验证明了电磁波的存在,检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性。
三、电磁波谱
1.波峰与波谷:在一列水波中,凸起的最高处叫作波峰;凹下的最低处叫作波谷。
2.波长、频率与波速:如图邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长,波长用符号λ来表示;波的频率是在1s内有多少次波峰(或波谷)通过,频率用符号f来表示;波速是用来描述波传播快慢的物理量,波速用符号c来表示。
3.波速、波长、频率三者之间的关系:c=λf,其中c=3×108m/s。
4.电磁波谱的概念及分类:
(1)概念:按电磁波的波长或频率大小的依次排列成谱,叫作电磁波谱。
(2)分类:依据波长从长到短依次排列为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
5.电磁波的特点及应用:
(1)无线电波:波长大于1mm(频率小于300GHz)的电磁波是无线电波。
①无线电波中的中长短波:广播及其他信号传输。
②无线电波中的微波:卫星通信、电视等。
(2)红外线:
①红外线是一种光波,波长比无线电波短,比可见光长,其主要特点是热效应。
②全部物体都放射红外线,热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射强。
③红外线主要用于加热理疗、红外遥感和红外高速摄影等。
(3)可见光:可见光的波长在400nm到760nm之间,可见光让我们望见这个世界,也可用于通信。
(4)紫外线:
①波长范围在5__nm到370__nm之间,其主要特点是化学效应。?
②具有较高的能量,应用于灭菌消毒,具有较强的荧光效应,用来激发荧光物质发光。
(5)X射线和γ射线:
①X射线频率比紫外线高,穿透力较强,用来检查工业部件有无裂纹或气孔,医学上用于人体透视。
②γ射线频率比X射线还要高,具有很高的能量,穿透力更强,医学上用来治疗癌症,工业上用于探测金属部件内部是否有缺陷。
四、电磁波的应用
1.电磁波具有能量:
(1)可以用仪器探测到电磁波的存在,说明电磁波是一种真实存在的物质。
(2)生活中经常用微波炉来加热食物,说明电磁波具有能量,且电磁波的频率越高,能量越大。
2.电磁波通信:电磁波可以通过电缆、光缆进行有线传输,也可实现无线传输。电磁波的频率越高,相同时间内传递的信息量越大。
3.电视:
(1)摄影机把图像变成电信号。
(2)放射机把电信号加载到频率很高的电磁波上。
(3)放射天线将高频信号放射到空中。
(4)电视机的接收天线把高频信号接收下来。
(5)电视机把图像信号取出并放大。
(6)显像管将图像信号还原为图像。
4.雷达:
(1)雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备。
(2)雷达既是电磁波的放射端,又是电磁波的接收端。
(3)原理:雷达用直线性好的微波定位。无线电波的传播速度是c,测出从放射无线电波到接收反射波的时间t,就可以确定障碍物的距离L=。事实上,障碍物的距离等数据由电子电路自动计算并在荧光屏上显示。
5.移动电话:
(1)每一部移动电话都是一个无线电台,同时又相当于一台收音机。
(2)移动电话的体积很小,放射功率不大;它的天线也很简洁,灵敏度不高。因此,它与其他用户的通话要靠较大的固定无线电台转接,这种固定的电台叫作基地台或基站。
(1)改变的电场肯定产生改变的磁场。 (×)
(2)恒定电流四周产生磁场,磁场又产生电场。 (×)
(3)电磁波和光在真空中的传播速度都是3.0×108m/s。 (√)
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