电磁波的发现

14.1《电磁波的发现》奥斯特电流的磁效应法拉第电磁感应现象英国物理学家经典电磁理论的奠基人。1831年6月13日出生于爱丁堡。15岁那年他的一篇关于卵形曲线画法的论文发表在《爱丁堡皇家学会会刊》上，比笛卡尔的方法还简便。16岁进入爱丁堡大学听课，专攻数学，很重视实验。19岁考入剑桥大学，23岁以优异的成绩毕业，并留校工作。29岁起任伦敦皇家学院物理学和天文学教授。1871年起负责筹划卡文迪许实验室。1879年因癌症逝世，终年48岁。伟大的预言麦克斯韦的电磁场理论要点——伟大的预言1、变化的磁场产生电场装置如图所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光。（1）线圈中产生感应电动势说明了什么？麦克斯韦认为变化的磁场在线圈中产生电场，正是这种电场(涡旋电场)在线圈中驱使自由电子做定向的移动，引起了感应电流。（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流、电场吗？有电场、无电流。（3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？有！总结：麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关。①恒定的磁场不产生电场②均匀变化的磁场产生恒定的电场③周期性变化的磁场产生同频率的振荡电场④非均匀变化的磁场产生变化的电场一、麦克斯韦的电磁场理论1、变化的磁场产生电场EtOBtOtBOEOt正弦曲线振荡磁场振荡电场E与B频率相同2．变化的电场产生磁场既然变化的磁场能够在空间产生电场，那么，变化的电场能不能够在空间产生磁场？麦克斯韦经过反复思考提出假设：变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场。2、变化的电场产生磁场①恒定的电场不产生磁场②均匀变化的电场产生恒定的磁场③周期性变化的电场产生同频率的振荡磁场④非均匀变化的电场产生变化的磁场二．电磁场、1、电磁场麦克斯韦根据自己的理论进一步预言，如果在空间某域中有周期性变化的电场，那么，这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，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场……。可见，变化的电场和变化的磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场。2、电磁波变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地传播。这种变化的电磁场在空间以一定的速度传播的过程叫做电磁波。2、电磁波的特点1）电磁波是横波E⊥B⊥V2)计算满足：v=λ/T=λf4)电磁波的频率由振源决定，同一电磁波在不同介质中传播，v和λ变化，v介C3）电磁波可以在真空中传播速度等于光速c=3×108m/s6）电磁波具有波的共性，能发生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应和偏振现象。7）电磁波有能量。5)不同电磁波在同一介质中传播，速度不同，f越高，v越小；f越低，v越大三．赫兹的电火花1、麦克斯韦英年早逝，没有见到科学实验对电磁场理论的证明。把天才的预言变成世人公认的真理，这是赫兹的功劳。3、赫兹用实验证实电磁波的存在：令人振奋的电火花1）观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.2）还测量出光的λ和f，算出电磁波和光有相同的速度.3）奠定了无线电技术基础赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波4.电磁波与机械波比较：1）传播条件：2）传播规律：3）传播本质：4）产生本质不同：机械波传播需要介质，而电磁波不需要介质也能传播。都遵循“V=λf=λ/T”这个关系式；且电磁波也能发生反射、折射、衍射、干涉等现象。机械波传播的是机械能，电磁波传播的是电磁能。机械波是机械振动产生，电磁波是电磁振荡产生。四、麦克斯韦的电磁场理论的意义1、实现了电磁光的统一，被认为是19世纪科学史上最伟大的统一2、实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折电磁波谱：电磁波的频率范围很广。按电磁波的波长或频率大小的顺序把他们排列成谱，叫做电磁波谱。可见光（赤橙黄绿蓝靛紫）红外线无线电波紫外线X射线和γ射线（700nmλ400nm）（400nmλ5nm）λ小大（1mmλ700nm）（λ1mm）（5nmλ）红外线是一种光波，λ比无线电波短，比可见光长。所有物体都辐射红外线。主要作用是热作用。人眼看不见红外线。利用红外线测量体温红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感红外线技术的应用注意:烤箱中的红光,不是红外线,红外线是看不见的.利用红外线检测人体的健康状态，本图片是人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色判断病变区域．红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨靠近香港时,中心的风眼清晰可见．无线电波λ＞1㎜的电磁波。用通信和广播。微波炉用的也是无线电波。电视塔能发射无线电波利用微波加热紫外线波长范围在5---400nm的电磁波是紫外线。紫外线具有较高的能量。紫外线消毒紫外线验钞X射线和γ射线波长比紫外线更短的电磁波就是X射线和γ射线X射线和γ射线的波长很短，具有很强的穿透性。电磁波的能量电场是电荷周围客观存在的物质磁场时客观存在的物质电磁波是客观存在的物质电磁波具有能量。四、太阳辐射太阳辐射中含有可见光、红外线、紫外线，同时还有X射线、γ射线、无线电波。太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域内，如下图。波长在黄绿光附近，辐射的能量最强。小结一、麦克斯韦电磁场理论1．变化的磁场产生电场2．变化的电场产生磁场3．电磁场→传播→电磁波4、电磁波不需介质，以光速传播。二、赫兹证实：1、电磁场、电磁波的存在。2、电磁波能反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波与光具有相同的性质。小结二、电磁波谱1、电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱，叫做电磁波谱2、波长从大到小的顺序：无线电波、光波（红外线、可见光、紫外线）、X射线、γ射线三、电磁波的能量电磁波有能量。电磁波是一种物质。四、太阳辐射太阳辐射的能量集中在可见光、红外线和紫外线三个区域。黄绿光附近，辐射的能量最强。3、频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同．红外线主要作用是热作用，可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感；紫外线主要作用是化学作用，可用来杀菌和消毒；伦琴射线有较强的穿透本领，利用其穿透本领与物质的密度有关，进行对人体的透视和检查部件的缺陷；γ射线的穿透本领更大，在工业和医学等领域有广泛的应用，如探伤，测厚或用γ刀进行手术．关于电磁波谱的几点强调返回1、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（）A、恒定的磁场在周围产生恒定的电场B、变化的磁场在周围产生变化的电场C、均匀变化的磁场在周围产生均匀变化的电场D、均匀变化的磁场在周围产生恒定的电场例与练均匀变化的磁场（电场）产生恒定的电场（磁场）D2、按照麦克斯韦的电磁场理论，以下说法中正确的是（）A、振荡的磁场在周围产生恒定的电场B、振荡的磁场在周围产生均匀变化的电场C、振荡的电场在周围产生不同频率的振荡磁场D、振荡的电场在周围产生同频率的振荡磁场例与练振荡磁场（电场）产生同频率的振荡电场（磁场）D3、关于电磁波，下列说法中正确的是A、均匀变化的电场和均匀变化的磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波B、振荡电场和振荡磁场互相激发，由产生处向远处传播形成电磁波C、电磁波的振荡电场和振荡磁场方向互相垂直，且与传播方向互相垂直D、电磁波能够发生反射、干涉、衍射、偏振现象例与练电磁波是横波BCD4、比较电磁波和机械波，下列说法中正确的是（）A、电磁波和机械波都可以在真空中传播B、电磁波和机械波都是传递能量的一种形式C、电磁波和机械波都能产生反射、干涉、衍射、偏振现象D、电磁波和声波都是纵波例与练机械波只能在介质中传播电磁波是横波，声波是纵波BC5、任何电磁波在真空中都具有相同的（）(A)频率(B)波长(C)波速(D)能量C6．同步卫星可与地面传播无线电话，则说完话后至少多长时间才能听到对方的回话？（卫星到地球上两通话处的距离都看作卫星高度，并设对方听完话后立即回话。已知：地球质量为M，地球半径为R，地球自转周期为T）[分析与解答]：根据题意可知，必须先求出地球同步卫星的高度h，设同步卫星距离地球球心为.