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1、第十四章第十四章 电磁波电磁波第一节电磁波的发现第一节电磁波的发现1、电磁场理论的核心之一、电磁场理论的核心之一变化的磁场产生电场变化的磁场产生电场实验为证实验为证如右图如右图,交流电产交流电产生了周期变化的磁生了周期变化的磁场场,上面的线圈中上面的线圈中产生电流使灯泡发产生电流使灯泡发光光讨论讨论:如果用不导电的塑料如果用不导电的塑料线绕制线圈线绕制线圈,线圈中线圈中还有电场、电流吗还有电场、电流吗?线圈不存在时线圈不存在时,线圈线圈所处的空间还有电场所处的空间还有电场吗吗?若改成恒定的直流电若改成恒定的直流电,还有电场吗还有电场吗?有电场有电场,无电流无电流无无有有麦克斯韦认为：麦克斯韦认

2、为：在变化的磁场周围产在变化的磁场周围产生电场生电场,是一种普遍存在的现象是一种普遍存在的现象,跟闭跟闭合电路是否存在无关合电路是否存在无关,导体环只是用来导体环只是用来显示电流的存在显示电流的存在说明说明:在变化的磁场中在变化的磁场中所产生的电场的电场所产生的电场的电场线是闭合的线是闭合的 (涡旋电涡旋电场场)2、电磁场理论的核心之二、电磁场理论的核心之二:变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场 洞察力：洞察力：麦克斯韦确信自然规律的麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场和磁场的统一性与和谐性，相信电场和磁场的对称美对称美事实和推理：事实和推理：如图所示如图所示,在电容器充、在电容器充

3、、放电的时候，不仅导体中的电流要产生放电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变磁场，而且在电容器两极板间周期性变化着的电场周围也要产生磁场化着的电场周围也要产生磁场.大胆的假说：大胆的假说：变化的电场产生磁场变化的电场产生磁场BiE增大B麦克斯韦电磁场理论的理解麦克斯韦电磁场理论的理解:恒定恒定的电场不产生磁场的电场不产生磁场恒定恒定的磁场不产生电场的磁场不产生电场均匀变化均匀变化的电场在周围空间产生的电场在周围空间产生恒恒定定的磁场的磁场均匀变化均匀变化的磁场在周围空间产生的磁场在周围空间产生恒恒定定的电场的电场振荡电场振荡电场产生产生同频率同频率的的振荡磁场振荡磁

4、场振荡磁场振荡磁场产生产生同频率同频率的的振荡电场振荡电场电磁场电磁场:如果在空间某区域中有周如果在空间某区域中有周期性变化的电场期性变化的电场,那么这个变化的那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场化的磁场;这个变化的磁场又在它这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电周围空间产生新的周期性变化的电场场,变化的电场和变化的磁场是相互联变化的电场和变化的磁场是相互联系着的系着的,形成不可分割的统一体形成不可分割的统一体,这这就是就是电磁场电磁场3 3伟大的预言伟大的预言电磁波电磁波麦克斯韦推断：如果在空间某区域麦克斯韦推断：如果在空间某区域有不

5、均匀变化的电场，那么这个变有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就会在空间引起变化的磁化的电场就会在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场化的电场于是，变化的电场和于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播一个伟大的预言诞生向周围传播一个伟大的预言诞生了了空间可能存在电磁波空间可能存在电磁波 二、电磁波的特点：二、电磁波的特点：1电磁波是横波电磁波在真电磁波是横波电磁波在真空中传播时，它的电场强度空中传播时，它的电场强度E与与磁感应强度磁感应强度B相互垂直，而且二相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直如

6、图者均与波的传播方向垂直如图所示所示二、电磁波的特点：二、电磁波的特点：2电磁波中的电磁波中的E和和B这两个物理量这两个物理量随时间和空间做周期性的变化随时间和空间做周期性的变化3电磁波的速度等于光速电磁波的速度等于光速c！4光的本质是光的本质是电磁波电磁波5电磁波能产电磁波能产生反射、折射、生反射、折射、干涉、偏振和干涉、偏振和衍射等现象衍射等现象三、电磁波的实验证明三、电磁波的实验证明1 1、赫兹的电火花实验原理图、赫兹的电火花实验原理图L接收线圈发 射电路电磁波ECKAB2 2实验原理：实验原理：当开关当开关K K突然断开时，感突然断开时，感应线圈两端产生高压，金属杆应线圈两端产生高压，

7、金属杆A A、B B两端两端的金属球间的空气被击穿而产生电火花，的金属球间的空气被击穿而产生电火花，每跳出一次火花，就产生一次高频振荡每跳出一次火花，就产生一次高频振荡电流，火花放电是间歇性的，因此发射电流，火花放电是间歇性的，因此发射电路就间歇性的发射出电磁波，接收金电路就间歇性的发射出电磁波，接收金属线圈两端的金属球也跳出电火花，说属线圈两端的金属球也跳出电火花，说明接收线圈接收到了电磁波。明接收线圈接收到了电磁波。3 3实验结论：实验结论：证明电磁波存在，为麦证明电磁波存在，为麦克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验克斯韦的电磁场理论奠定了坚实的实验基础。基础。4 4、其它结论、其它结论赫兹

8、观察到了电磁波的反射赫兹观察到了电磁波的反射,折射折射,干涉干涉,偏振和衍射等现象偏振和衍射等现象.他还测量出电磁波和光有相同他还测量出电磁波和光有相同的速度的速度.这样赫兹证实了麦克斯韦关于这样赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论光的电磁理论.电磁振荡电磁振荡一一、电磁振荡的产生过程分析、电磁振荡的产生过程分析+i0oqtt+i0oqtt正向正向放电放电+i0oqtt正向正向放电放电正向正向充电充电+i0oqtt反向反向放电放电正向正向放电放电正向正向充电充电+i0oqtt反向反向放电放电反向反向充电充电正向正向放电放电正向正向充电充电1、振荡电流：、振荡电流：大小和方向都做周期性变化的电流叫

9、做振荡电流大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路2、振荡电路：、振荡电路：二二、振荡电流与振荡电路概念：、振荡电流与振荡电路概念：3、理想的、理想的LC振荡电路：振荡电路：(2)理想的理想的LC振荡电路振荡电路:只考虑电感、电容的作用，而忽只考虑电感、电容的作用，而忽略能量损耗略能量损耗 (1)LC回路：由线圈回路：由线圈L和电容和电容C组成的最简单振荡电路。组成的最简单振荡电路。(1)、两个物理过程：、两个物理过程：放电过程；电场能转化为磁场能，放电过程；电场能转化为磁场能，q i充电过程：磁场能转化为电场能，充电过程：

10、磁场能转化为电场能，q i充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小。能最大，磁场能最小。放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小。能最大，电场能最小。LC回路工作过程具有回路工作过程具有对称性对称性和和周期性周期性，可归结为：，可归结为：(2)、两个特殊状态：、两个特殊状态：1 1、电磁振荡的特点：、电磁振荡的特点：三、电磁振荡的变化规律：三、电磁振荡的变化规律：(1)总能量守恒电场能磁场能恒量总能量守恒电场能磁场能恒量电场能电场能磁场能磁场能放电放电充电充电2 2、电磁

11、振荡的变化规律：、电磁振荡的变化规律：(2)电场能与磁场能交替转化电场能与磁场能交替转化电容器电压电容器电压电容器带电量电容器带电量电路中电流电路中电流同同步步变变化化同同步步变变化化步调相反步调相反3、电磁振荡、电磁振荡：在振荡电路产生振荡电流的过程在振荡电路产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷、通过线圈中，电容器极板上的电荷、通过线圈的电流，以及跟电荷和电流相联系的的电流，以及跟电荷和电流相联系的电场和磁场都发生周期性的变化，这电场和磁场都发生周期性的变化，这种现象叫电磁振荡。电磁波是由电磁种现象叫电磁振荡。电磁波是由电磁振荡产生的振荡产生的.四电磁振荡的周期和频率n n周期周期:电磁

12、振荡完成一次周期性变化电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫做周期。需要的时间叫做周期。n n频率频率:一秒钟内完成的周期性变化的次数一秒钟内完成的周期性变化的次数叫频率。叫频率。固有周期和固有频率振荡电路中发生固有周期和固有频率振荡电路中发生电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受电磁振荡时，如果没有能量损失，也不受其他外界的影响，这时电磁振荡的周期和其他外界的影响，这时电磁振荡的周期和频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率，频率叫做振荡电路的固有周期和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。简称振荡电路的周期和频率。n n周期周期T 和频率和频率f 跟自感系数跟自感系数L和电容和电容C的关系是：的关

13、系是：五五.例题：例题：LC振荡电路中电容器极板上电量振荡电路中电容器极板上电量q 随随时间时间t变化的图线如图，由图可知：变化的图线如图，由图可知：A、在、在t1时刻电路中的磁场能最小时刻电路中的磁场能最小B、从、从t1到到t2，电路中的电流值不断变小，电路中的电流值不断变小C、从、从t2到到t3，电容器不断充电，电容器不断充电D、在、在t4时刻电容器的电场能最小时刻电容器的电场能最小qtt1t2t3t4o 答案：答案：ACD 2、在在LC振荡电路中，在电容器充电完毕未开振荡电路中，在电容器充电完毕未开始放电时，正确的说法是：始放电时，正确的说法是：A、电场能正向磁场能转化、电场能正向磁场能

14、转化 B、磁场能正向电场能转化、磁场能正向电场能转化 C、电路里的电场最强、电路里的电场最强 D、电路里的磁场最强、电路里的磁场最强C、电路里的电场最强、电路里的电场最强电磁波的发射、传播和接收电磁波的发射、传播和接收一、电磁波的发射一、电磁波的发射1.要有效发射电磁波，振荡电路必须满要有效发射电磁波，振荡电路必须满足两个条件：足两个条件：振荡频率足够高振荡频率足够高电场和磁场尽可能分布到较大的空间电场和磁场尽可能分布到较大的空间 为了使开放电路中产为了使开放电路中产生振荡电流，常用如图所生振荡电流，常用如图所示的方法，使振荡器的线示的方法，使振荡器的线圈圈L2靠近开放振荡电路的靠近开放振荡电

15、路的线圈线圈L1 。当振荡器中产生当振荡器中产生高频振荡电流时，由于互高频振荡电流时，由于互感作用，就可以在开放振感作用，就可以在开放振荡电路中产生相同频率的荡电路中产生相同频率的振荡电流，这种方法叫做振荡电流，这种方法叫做感应耦合。感应耦合。问题：我们要传递的信号不是高频振问题：我们要传递的信号不是高频振荡电流，而是一些低频信号（如：声荡电流，而是一些低频信号（如：声音信号频率只有几百至几千赫兹，图音信号频率只有几百至几千赫兹，图象信号频率也不过上万赫兹），它能象信号频率也不过上万赫兹），它能把直接发射出去？把直接发射出去？为了传送声音、文字、图象等信号，首为了传送声音、文字、图象等信号，首

16、先要把传递的信号转变成电信号。但这种先要把传递的信号转变成电信号。但这种电信号的频率较低，不能直接发射出去，电信号的频率较低，不能直接发射出去，需要将这种低频电信号加到高频振荡电流需要将这种低频电信号加到高频振荡电流上发射出去。上发射出去。这种把低频电信号加载到高频振荡电这种把低频电信号加载到高频振荡电流（载波）上的过程叫做调制。流（载波）上的过程叫做调制。常用的调制方式有调幅和调频两种：常用的调制方式有调幅和调频两种：1、调幅：使电磁波的振幅随信号改变，、调幅：使电磁波的振幅随信号改变，这种调制叫做调幅，用这种调制叫做调幅，用AM表示。表示。振荡电路振荡电路声音信号声音信号高频振荡电流高频振

17、荡电流调调 幅幅一一、电磁波的发射电磁波的发射2、调频：使电磁波的频率随信号改变，、调频：使电磁波的频率随信号改变，这种调制方式叫做调频。这种调制方式叫做调频。用用FM表示。表示。声音信号声音信号高频振荡电流高频振荡电流调调 频频一一、电磁波的发射电磁波的发射2.无线电波的传播方式：无线电波的传播方式：长波长波短波短波微波微波微波微波中波中波 中短波中短波超短波超短波超短波超短波长波长波:波长较长，容易产生衍射现象。波长较长，容易产生衍射现象。长波在地面传播时能绕过障碍物长波在地面传播时能绕过障碍物（大山、高大建筑物（大山、高大建筑物）长波长波长波容易被电离层吸收；长波容易被电离层吸收；短波容

18、易被电离层反射；短波容易被电离层反射；微波容易穿过电离层。微波容易穿过电离层。短波短波微波微波:频率很高；频率很高；直线传播。直线传播。微波微波我们生活我们生活的空间布的空间布满了强弱满了强弱不同的电不同的电磁波磁波,我们我们又如何选又如何选出自己所出自己所需的无线需的无线电波呢电波呢?二二 、无线电波的接收无线电波的接收二二 、无线电波的接收无线电波的接收 1.1.当接收电路的固有频率跟要接当接收电路的固有频率跟要接收的电磁波的频率相同时，接收电收的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强（这种现路中产生的振荡电流最强（这种现象叫做象叫做电谐振电谐振）二二、无线电波的接收无线电波的接

19、收可可变变电电容容 调节接收电路的固调节接收电路的固有频率使它与要接收的有频率使它与要接收的电磁波的频率相同的过电磁波的频率相同的过程叫做程叫做调谐调谐能够调谐的接收电路叫能够调谐的接收电路叫做做调谐电路调谐电路。二二、电磁波的接收电磁波的接收问题问题:调谐调谐后接收到的感应电流是调制的后接收到的感应电流是调制的高频振荡电流，这样我们就可以感知信高频振荡电流，这样我们就可以感知信号了吗号了吗?二二、无线电波的接收无线电波的接收3.3.检波：从接收到的高频振荡中检波：从接收到的高频振荡中“检检”出所携出所携带的信号，叫做检波，它是调制的逆过程，因带的信号，叫做检波，它是调制的逆过程，因此也叫解调

20、。此也叫解调。信号信号调制调制发射发射调谐电路调谐电路输出输出电磁波发射和接受流程图电磁波发射和接受流程图电磁波的发射电磁波的发射电磁波的接收电磁波的接收高频振荡电流高频振荡电流检波（解调）检波（解调）传传播播14.5 14.5 电磁波谱电磁波谱一、电磁波谱一、电磁波谱电磁波谱：电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱把它们排列成谱，叫电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、琴射线、射线合起来构成范围非常广阔的电射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱磁波谱一、电磁波谱一、电磁波谱一、电磁波

21、谱一、电磁波谱二、无线电波二、无线电波 无线电波无线电波：波长大于波长大于1mm（频率小于（频率小于300GHz)的电磁波的电磁波 用途：用途：通信、通信、广播广播和天体物理研究等和天体物理研究等(1)红外线是一种波长比红红外线是一种波长比红 光的波长还长光的波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约的不可见光。其波长范围很宽，约750nm106nm(2)(2)显著作用：热作用。显著作用：热作用。(3)由英国物理学家赫谢尔于由英国物理学家赫谢尔于1800年首先年首先发现红外线，一切物体都在不停地辐射红发现红外线，一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，辐射红外线的本领外线，物体温度越高，辐射红

22、外线的本领越强。越强。三、红外线三、红外线(4)用途用途:红外摄影、红外遥感技术红外摄影、红外遥感技术长三角的长三角的“热岛热岛”观察物体，照像等等，都是可见光观察物体，照像等等，都是可见光的应用。的应用。能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可能作用于人的眼睛并引起视觉的称为可见光，如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各见光，如：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光。色光。在电磁波中是一个很窄的波段，（波长在电磁波中是一个很窄的波段，（波长为为750nm370nm）。四、可见光四、可见光五、紫外线五、紫外线（2）由德国物理学家里特于）由德国物理学家里特于1801年首先发现的，一切高温物体年首先发现的，一切高

23、温物体发出的光中，都有紫外线。发出的光中，都有紫外线。（1）紫外线是一种波长比紫光还短）紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约的不可见光；其波长范围约5nm370nm，显著作用：显著作用：A A、荧光荧光，B B、化学化学作用作用，C C、杀菌消毒杀菌消毒（2）在）在“非典非典”非常时期，常常非常时期，常常在教室内开在教室内开“紫外线灯紫外线灯”为为什么？什么？（1）你是怎么知道有荧光作）你是怎么知道有荧光作用的？用的？讨论：讨论：利用紫外利用紫外线的荧光线的荧光作用检验作用检验人民币的人民币的真伪真伪紫外线杀菌灯紫外线杀菌灯防紫外线雨伞防紫外线雨伞伦琴射线（伦琴射线（X射线）是一

24、射线）是一种波长比紫外线更短的不可见种波长比紫外线更短的不可见光。光。有较强的穿透能力。有较强的穿透能力。六六、伦琴射线和、伦琴射线和射线射线比伦琴射线还短的那就比伦琴射线还短的那就是是射线。射线。X射线的应用？射线的应用？讨论：讨论：X射线照射下的鱼射线照射下的鱼X射射线线照照射射下下的的手手七、电磁波的能量七、电磁波的能量n电磁波具有能量，电磁波是一种物质电磁波具有能量，电磁波是一种物质能能量量的的相相对对大大小小波长波长/nm400800120016002000紫外线紫外线 可见光可见光红外线红外线黄绿光黄绿光八、太阳辐射八、太阳辐射八、太阳辐射八、太阳辐射0n阳光含有：无线电波、红外线

25、、可见光、紫外阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、线、x射线、射线、射线射线n太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域线三个区域n阳光中波长在阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感八、太阳辐射八、太阳辐射八、太阳辐射八、太阳辐射波谱波谱无线无线电波电波红外线红外线可见光可见光紫外线紫外线X射线射线射线射线产生产生机理机理特性特性应用应用小结小结小结小结振荡电路振荡电路中自由电中自由电子的振动子的振动原子外层电子受到激原子外层电子受到激发发原子

26、内层电原子内层电子受到激发子受到激发原子核受原子核受到激发到激发化学作用、化学作用、荧光效应、荧光效应、杀菌消毒杀菌消毒穿透能穿透能力强力强穿透能穿透能力强力强通讯通讯广播广播导航导航等等加热烘干加热烘干医疗红外医疗红外摄影遥测摄影遥测遥控等遥控等波动波动性强性强热作用热作用使人类产生使人类产生视觉视觉感光技术、黑感光技术、黑光灯、杀菌消光灯、杀菌消毒、医疗等毒、医疗等照明照明照相照相加热加热等等工业探工业探伤、医伤、医学透视学透视等等工业探伤、工业探伤、医学治疗等医学治疗等练习练习练习练习1 1、下列各组电磁波，按波长由长到短、下列各组电磁波，按波长由长到短排列正确的是（排列正确的是（）A.

27、A.紫外线、可见光、红外线、紫外线、可见光、红外线、射线射线B.B.可见光、红外线、紫外线、可见光、红外线、紫外线、射线射线C.C.射线、红外线、紫外线、可见光射线、红外线、紫外线、可见光D.D.红外线、可见光、紫外线、红外线、可见光、紫外线、射线射线2 2、被誉为、被誉为“神刀神刀”的的 刀在治疗脑肿刀在治疗脑肿瘤的时候不需要对患者实施麻醉，手瘤的时候不需要对患者实施麻醉，手术时间短。用术时间短。用 刀治疗脑肿瘤主要是利刀治疗脑肿瘤主要是利用了（用了（）A.A.射线具有很强的穿透能力射线具有很强的穿透能力B.B.射线很强的电离能力射线很强的电离能力C.C.射线具有很高的能量射线具有很高的能量D.D.射线很容易绕过障碍物继续向前传射线很容易绕过障碍物继续向前传播播