電磁波的發(fā)現(xiàn)

1、14.1電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.了解發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史背景，領(lǐng)會(huì)所蘊(yùn)含的科學(xué)精了解發(fā)現(xiàn)電磁波的歷史背景，領(lǐng)會(huì)所蘊(yùn)含的科學(xué)精 神和科學(xué)研究方法。神和科學(xué)研究方法。 2.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)要點(diǎn)，嘗試用數(shù)學(xué)了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)要點(diǎn)，嘗試用數(shù)學(xué) 的方法細(xì)化要點(diǎn)。的方法細(xì)化要點(diǎn)。 3.知道電磁場(chǎng)、電磁波的概念，體會(huì)它們得到物質(zhì)性。知道電磁場(chǎng)、電磁波的概念，體會(huì)它們得到物質(zhì)性。 4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程， 領(lǐng)會(huì)發(fā)現(xiàn)電磁波的物理意義。領(lǐng)會(huì)發(fā)現(xiàn)電磁波的物理意義。 5.能區(qū)別機(jī)械波和電磁波。能區(qū)別機(jī)械波

2、和電磁波。 奧斯特奧斯特 電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng) 法拉第法拉第 電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象 麥克斯韋是英國(guó)物理學(xué)家經(jīng)典電磁理論的麥克斯韋是英國(guó)物理學(xué)家經(jīng)典電磁理論的 奠基人。奠基人。 1831年年6月月13日出生于愛丁堡。日出生于愛丁堡。 15歲那年他的一篇關(guān)于卵形曲線畫法的論歲那年他的一篇關(guān)于卵形曲線畫法的論 文發(fā)表在文發(fā)表在愛丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊愛丁堡皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊上，比上，比 笛卡爾的方法還簡(jiǎn)便。笛卡爾的方法還簡(jiǎn)便。 16歲進(jìn)入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)，很歲進(jìn)入愛丁堡大學(xué)聽課，專攻數(shù)學(xué)，很 重視實(shí)驗(yàn)。重視實(shí)驗(yàn)。 19歲考入劍橋大學(xué)，歲考入劍橋大學(xué)，23歲以優(yōu)異的成績(jī)畢歲以優(yōu)異的成績(jī)畢 業(yè)，并留

3、校工作。業(yè)，并留校工作。 29歲起任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教歲起任倫敦皇家學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)教 授。授。 1871年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。年起負(fù)責(zé)籌劃卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。 1879年因癌癥逝世，終年年因癌癥逝世，終年48歲。歲。 偉大的預(yù)言偉大的預(yù)言 麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論要點(diǎn)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論要點(diǎn)偉大的預(yù)言偉大的預(yù)言 v1、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng) v裝置如圖所示，當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)隨時(shí)間裝置如圖所示，當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)隨時(shí)間 變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，引 起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光。 總結(jié)總結(jié)：麥克斯韋認(rèn)為麥克

4、斯韋認(rèn)為線圈線圈只不過(guò)用來(lái)只不過(guò)用來(lái)顯顯 示電場(chǎng)的存在示電場(chǎng)的存在，線圈不存在時(shí)，線圈不存在時(shí)，變化的磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng) 同樣在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，同樣在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，這是一種普遍存這是一種普遍存 在的現(xiàn)象在的現(xiàn)象! 提醒：提醒：1.該電場(chǎng)是渦旋電場(chǎng)該電場(chǎng)是渦旋電場(chǎng) 2.電場(chǎng)線方向的確定仍用楞次定律（增反減同）電場(chǎng)線方向的確定仍用楞次定律（增反減同） 恒定恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng) 均勻變化均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定恒定的電場(chǎng)的電場(chǎng) 周期性變化的周期性變化的磁場(chǎng)（振蕩的磁場(chǎng)）磁場(chǎng)（振蕩的磁場(chǎng)）產(chǎn)產(chǎn)生生同頻同頻 率率的的周期性變化的電場(chǎng)（振蕩的電場(chǎng)）周期性變化的電場(chǎng)（振蕩的電場(chǎng)）

5、非均勻變化的磁場(chǎng)非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng) 1 1、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)電場(chǎng) （衍生要點(diǎn)如下）（衍生要點(diǎn)如下） 2變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) 自然規(guī)律總是統(tǒng)一的、和諧的，并具有對(duì)自然規(guī)律總是統(tǒng)一的、和諧的，并具有對(duì) 稱的美！稱的美！ 麥克斯韋經(jīng)過(guò)反復(fù)思考麥克斯韋經(jīng)過(guò)反復(fù)思考 提出提出假設(shè)：假設(shè)：變化的電場(chǎng)在空變化的電場(chǎng)在空 間產(chǎn)生磁場(chǎng)間產(chǎn)生磁場(chǎng)。 提醒：磁場(chǎng)方向的確定仍提醒：磁場(chǎng)方向的確定仍 用安培定則（右手螺旋定用安培定則（右手螺旋定 則）則） 2 2、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng) （衍生要點(diǎn)如下）（衍生要點(diǎn)如下） 恒定恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)

6、的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng) 均勻變化均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定恒定的磁場(chǎng)的磁場(chǎng) 周期性變化的周期性變化的電場(chǎng)（振蕩的電場(chǎng)）電場(chǎng)（振蕩的電場(chǎng)）產(chǎn)產(chǎn)生生同頻同頻 率率的的周期性變化的磁場(chǎng)（振蕩的磁場(chǎng)）周期性變化的磁場(chǎng)（振蕩的磁場(chǎng)） 非均勻變化的電場(chǎng)非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng) 二電磁場(chǎng)二電磁場(chǎng) v1、電磁場(chǎng)、電磁場(chǎng) v麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果麥克斯韋根據(jù)自己的理論進(jìn)一步預(yù)言，如果 在空間某域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么，在空間某域中有周期性變化的電場(chǎng)，那么， 這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性 變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空

7、變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空 間產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)間產(chǎn)生新的周期性變化的電場(chǎng)?？梢?，。可見， 變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系，交變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系，交 替產(chǎn)生，替產(chǎn)生，形成了一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，這形成了一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，這 就是電磁場(chǎng)就是電磁場(chǎng)。 2、電磁波、電磁波 麥克斯韋的預(yù)言：麥克斯韋的預(yù)言：變化的電場(chǎng)變化的電場(chǎng)和和變化的變化的 磁場(chǎng)磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形 成了成了電磁波。電磁波。 并由此斷定：光就是電磁波！電磁波并由此斷定：光就是電磁波！電磁波 的速度等于光速（真空中）的速度等于光速（真空中）

8、2 2、 電磁波的特點(diǎn)電磁波的特點(diǎn) 1 1）電磁波）電磁波是橫波是橫波 （EBV EBV ） 2 2 ) ) 計(jì)算滿足：計(jì)算滿足：v=v=/T=/T=f f 4 )4 )電磁波的電磁波的頻率由振源決定頻率由振源決定，同一電磁波在不同，同一電磁波在不同 介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中傳播，v v和和變變化，化， f 不變。不變。v v介介C400nm） （400nm5nm） 小小 大大 （1mm700nm） （1mm） （5nm） 紅外線紅外線 是一種光波，是一種光波， 比比無(wú)線電波無(wú)線電波短，比短，比可見光可見光長(zhǎng)。長(zhǎng)。所有物體所有物體 都輻射紅外線。都輻射紅外線。主要作用是主要作用是熱作用熱作用。人眼看

9、不見紅外線。人眼看不見紅外線。 利用紅外線測(cè)量體溫利用紅外線測(cè)量體溫 紅外線主要作紅外線主要作 用是熱作用，可以用是熱作用，可以 利用紅外線來(lái)加熱利用紅外線來(lái)加熱 物體和進(jìn)行紅外線物體和進(jìn)行紅外線 遙感遙感 紅外線技紅外線技 術(shù)的應(yīng)用術(shù)的應(yīng)用 注意注意: 烤箱中的紅光烤箱中的紅光,不是不是 紅外線紅外線,紅外線是看不紅外線是看不 見的見的. 利用紅外線檢測(cè)人體的健利用紅外線檢測(cè)人體的健 康狀態(tài)，本圖片是人體的背康狀態(tài)，本圖片是人體的背 部熱圖，透過(guò)圖片可以根據(jù)部熱圖，透過(guò)圖片可以根據(jù) 不同顏色判斷病變區(qū)域不同顏色判斷病變區(qū)域 紅外線衛(wèi)星云圖紅外線衛(wèi)星云圖 顯示一九九九年九月顯示一九九九年九月

10、十六日臺(tái)風(fēng)約克于清十六日臺(tái)風(fēng)約克于清 晨靠近香港時(shí)晨靠近香港時(shí), ,中心中心 的風(fēng)眼清晰可見的風(fēng)眼清晰可見 無(wú)線電波無(wú)線電波 1的的電磁波電磁波。用通信和廣播。微波爐用的。用通信和廣播。微波爐用的 也是也是無(wú)線電波。無(wú)線電波。 電視塔能發(fā)射無(wú)線電波 利用微波加熱利用微波加熱 紫外線紫外線 波長(zhǎng)范圍在5-400nm的電磁波是紫外線。 紫外線紫外線具有具有較高的能量較高的能量。 紫外線消毒紫外線消毒紫外線驗(yàn)鈔紫外線驗(yàn)鈔 X射線射線和和射線射線 波長(zhǎng)比波長(zhǎng)比紫外線紫外線更短的更短的電磁波電磁波就是就是X射線射線和和射線射線 X射線射線和和射線射線的波長(zhǎng)很短，具有很強(qiáng)的的波長(zhǎng)很短，具有很強(qiáng)的穿透性穿透

11、性。 電磁波的能量電磁波的能量 電場(chǎng)是電荷電場(chǎng)是電荷 周圍客觀存周圍客觀存 在的物質(zhì)在的物質(zhì) 磁場(chǎng)時(shí)客觀磁場(chǎng)時(shí)客觀 存在的物質(zhì)存在的物質(zhì) 電磁波是客觀存在的物質(zhì)電磁波是客觀存在的物質(zhì) 電磁波具有能量。電磁波具有能量。 v四、太陽(yáng)輻射四、太陽(yáng)輻射 v太陽(yáng)輻射中含有可見光、太陽(yáng)輻射中含有可見光、紅外線紅外線、紫外線紫外線，同時(shí)還，同時(shí)還 有有X X射線射線、射線射線、無(wú)線電波無(wú)線電波。太陽(yáng)輻射的能量集中。太陽(yáng)輻射的能量集中 在可見光、紅外線和紫外線三個(gè)區(qū)域內(nèi)，如下圖。在可見光、紅外線和紫外線三個(gè)區(qū)域內(nèi)，如下圖。 波長(zhǎng)在黃綠光附近，輻射的能量最強(qiáng)。波長(zhǎng)在黃綠光附近，輻射的能量最強(qiáng)。 小結(jié)小結(jié) 一、一

12、、 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 1 1變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng) 2 2變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) 3 3電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)傳播傳播電磁波電磁波 4 4、電磁波不需介質(zhì)，以光速傳播。、電磁波不需介質(zhì)，以光速傳播。 二、赫茲證實(shí)：二、赫茲證實(shí)： 1 1、電磁場(chǎng)、電磁波的存在。、電磁場(chǎng)、電磁波的存在。 2 2、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)、電磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn) 象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)。 小結(jié)小結(jié) 二、電磁波譜二、電磁波譜 1 1、電磁波譜、電磁波譜 ：按電磁波的波長(zhǎng)或頻率大小的按電磁波的波長(zhǎng)或頻

13、率大小的 順序把它們排列成譜，順序把它們排列成譜，叫做電磁波譜叫做電磁波譜 2 2、波長(zhǎng)從大到小的順序波長(zhǎng)從大到小的順序：無(wú)線電波、光波（紅無(wú)線電波、光波（紅 外線、可見光、紫外線）、外線、可見光、紫外線）、X X射線、射線、射線射線 三、三、電磁波的能量電磁波的能量 電磁波有能量。電磁波有能量。電磁波是一種物質(zhì)電磁波是一種物質(zhì)。 四、太陽(yáng)輻射四、太陽(yáng)輻射 太陽(yáng)輻射的能量集中在可見光、紅外線和紫外線三太陽(yáng)輻射的能量集中在可見光、紅外線和紫外線三 個(gè)區(qū)域。黃綠光附近，輻射的能量最強(qiáng)。個(gè)區(qū)域。黃綠光附近，輻射的能量最強(qiáng)。 3 3、頻率頻率( (波長(zhǎng)波長(zhǎng)) )不同的電磁波表現(xiàn)出作用不同不同的電磁波表

14、現(xiàn)出作用不同 紅外線紅外線主要作用是熱作用，可以利用紅外線來(lái)主要作用是熱作用，可以利用紅外線來(lái) 加熱物體和進(jìn)行紅外線遙感；加熱物體和進(jìn)行紅外線遙感； 紫外線紫外線主要作用是化學(xué)作用，可用來(lái)殺菌和消主要作用是化學(xué)作用，可用來(lái)殺菌和消 毒；毒； 倫琴射線倫琴射線有較強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，利用其穿透本領(lǐng)有較強(qiáng)的穿透本領(lǐng)，利用其穿透本領(lǐng) 與物質(zhì)的密度有關(guān)，進(jìn)行對(duì)人體的透視和檢查與物質(zhì)的密度有關(guān)，進(jìn)行對(duì)人體的透視和檢查 部件的缺陷；部件的缺陷； 射線射線的穿透本領(lǐng)更大，在工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的穿透本領(lǐng)更大，在工業(yè)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域 有廣泛的應(yīng)用，如探傷，測(cè)厚或用有廣泛的應(yīng)用，如探傷，測(cè)厚或用刀進(jìn)行手刀進(jìn)行手 術(shù)術(shù) 關(guān)于電

15、磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào)關(guān)于電磁波譜的幾點(diǎn)強(qiáng)調(diào) 返回返回 v1 1、按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下、按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下 說(shuō)法中正確的是（說(shuō)法中正確的是（ ） vA A、恒定的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)、恒定的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng) vB B、變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng)、變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng) vC C、均勻變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生均勻變、均勻變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生均勻變 化的電場(chǎng)化的電場(chǎng) vD D、均勻變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的、均勻變化的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的 電場(chǎng)電場(chǎng) 例與練例與練 均勻變化均勻變化的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）產(chǎn)的磁場(chǎng)（電場(chǎng)）產(chǎn) 生生恒定恒定的電場(chǎng)（磁場(chǎng)）的電場(chǎng)（磁場(chǎng)） D v2

16、 2、按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下、按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，以下 說(shuō)法說(shuō)法中正中正確的是（確的是（ ） vA A、振蕩的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)、振蕩的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng) vB B、振蕩的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生均勻變化的、振蕩的磁場(chǎng)在周圍產(chǎn)生均勻變化的 電場(chǎng)電場(chǎng) vC C、振蕩的電場(chǎng)在周圍產(chǎn)生不同頻率的、振蕩的電場(chǎng)在周圍產(chǎn)生不同頻率的 振蕩磁場(chǎng)振蕩磁場(chǎng) vD D、振蕩的電場(chǎng)在周圍產(chǎn)生同頻率的振、振蕩的電場(chǎng)在周圍產(chǎn)生同頻率的振 蕩磁場(chǎng)蕩磁場(chǎng) 例與練例與練 振蕩振蕩磁場(chǎng)（電場(chǎng)）產(chǎn)生磁場(chǎng)（電場(chǎng)）產(chǎn)生同頻同頻 率的振蕩率的振蕩電場(chǎng)（磁場(chǎng)）電場(chǎng)（磁場(chǎng)） D v3 3、關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法中正確的是關(guān)于

17、電磁波，下列說(shuō)法中正確的是 vA A、均勻變化的電場(chǎng)和均勻變化的磁場(chǎng)、均勻變化的電場(chǎng)和均勻變化的磁場(chǎng) 互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成互相激發(fā)，由產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成 電磁波電磁波 vB B、振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)互相激發(fā)，由、振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)互相激發(fā)，由 產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波產(chǎn)生處向遠(yuǎn)處傳播形成電磁波 vC C、電磁波的振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)方向、電磁波的振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)方向 互相垂直，且與傳播方向互相垂直互相垂直，且與傳播方向互相垂直 vD D、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、電磁波能夠發(fā)生反射、干涉、衍射、 偏振現(xiàn)象偏振現(xiàn)象 例與練例與練 電磁波是電磁波是橫波橫波 BCD v4 4、比

18、較電磁波和機(jī)械波，下列說(shuō)法中、比較電磁波和機(jī)械波，下列說(shuō)法中 正確的是（）正確的是（） vA A、電磁波和機(jī)械波都可以在真空中傳、電磁波和機(jī)械波都可以在真空中傳 播播 vB B、電磁波和機(jī)械波都是傳遞能量的一、電磁波和機(jī)械波都是傳遞能量的一 種形式種形式 vC C、電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、干、電磁波和機(jī)械波都能產(chǎn)生反射、干 涉、衍射、偏振現(xiàn)象涉、衍射、偏振現(xiàn)象 vD D、電磁波和聲波都是縱波、電磁波和聲波都是縱波 例與練例與練 機(jī)械波只能在機(jī)械波只能在介質(zhì)介質(zhì)中傳播中傳播 電磁波是電磁波是橫波，橫波， 聲波是聲波是縱波縱波 BC 5 5、任何電磁波在真空中都具有相同的、任何電磁波在真空中都具有相同的 （ ） (A)(