普通高中物理必修三（人教版）第13章第4节 电磁波的发现及应用

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• 普通高中物理必修三第13章第4节 电磁波的发现及应用
• 内容来源|普通高中教科书 物理 必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是怎样发现的呢？
• 电磁场
• 英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，其中有库仑、安培、奥斯特、法拉第等人的奠基之功，更有他本人的创造性工作。在此基础上，他最终建立了经典电磁场理论。
• 麦克斯韦关于电磁场的一些观点
• 法拉第的发现
  • 在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路里会产生感应电流，这是电磁感应现象。
• 麦克斯韦的观点
  • 既然产生了感应电流，一定是有电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动；即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间产生电场。
• 电磁感应现象的本质是：变化的磁场产生电场
• 麦克斯韦的确信
  • 自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。
• 麦克斯韦的假设
  • 变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。
• 变化的电场产生磁场
• 按照麦克斯韦的理论，变化的电场和磁场总量相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
• 电磁波
• 麦克斯韦的推断
  • 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。
  • 麦克斯韦预言：空间可能存在电磁波
• 电磁波可以在真空中传播
  • 声波和水波的传播都离不开介质，与这些波不同，电磁波可以在真空中传播，这是因为电磁的传播靠的是电场和磁场的相互激发。
• 电磁波的速度等于光速
  • 麦克斯韦推算出电磁波的速度等于光速，他还由此提出了光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动。
• 1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波。后来他又做了大量的实验，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。
• 做一做 捕捉电磁波
• 实验装置
  • 高压发生器G上安装两根长约1m、带有放电电极的铜管A、B，两极的间隙约0.5cm，铜管构成发射天线。
  • 绝缘架上固定两根铜管C、D作为接收天线，两管成一直线，中间连接一个电流表。
• 实验过程
  • 闭合高压发生器G的电源，在两个电极间产生放电火花。让接收天线与发射天线平行，改变两个天线的距离，观察电流表示数的变化。
• 电磁波谱
• 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。
• 邻近的两个波峰（或波谷）的距离叫作波长。
• 在1s内有多少次波峰（或波谷）通过，波的频率就是多少。
• 水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作波速。
• 波速、波长、频率三者之间的关系：波速=波长´频率
• 对于电磁波，波速与波长、频率的关系是：
  • 其中，c电磁波的波速；l是波长；f是频率
  • 电磁波在真空中的速度：
• 电磁波的频率范围很广。无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、g射线，都是电磁波。可见光只是电磁波中的一小部分。
• 按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱。
• 不同的电磁波具有不同的波长（或频率），它们特性不同，应用也不同。
  • 无线电波中的长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。
  • 红外线可以用来加热理疗
  • 可见光让我们看见这个世界，也可以用于通信
  • 紫外线可以消毒
  • X射线片可以用于诊断病情
  • g射线可以摧毁病变的细胞
• 电磁波的能量
• 电磁波具有能量，电磁波是一种物质。
• 实物粒子是物质存在的一种形式，场是物质存在的另一种形式，它们都是客观存在的。场具有能量。
  • 赫兹通过实验证实了电磁波的存在，这意味着，电磁场不仅仅是一种描述方式，而且是真正的物质存在。
  • 生活中常用微波炉来加热食物，食物温度升高，内能增加。食物增加的能量是微波给它的。可见，电磁波具有能量。
  • 人类有各种各样的仪器，能够探测到各种电磁波，这些都表明电磁波具有能量。
• 电磁波通信
• 电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。人们通过接入互联网的手机看电影、聊天、购物、查阅资料、视频通话，这些信息都是通过电磁波来传递的。
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