電磁波的發現及應用

【教學目標】

1．了解電磁波的產生與傳播。

2．知道光是一種電磁波，以及電磁波在真空中的傳播速度。

3．知道波長與頻率、波速的關系。

4．認識電磁波譜。

5．了解電磁波在科技、經濟、社會發展中的作用。

【教學重難點】

電磁波的產生與傳播，理解磁場與電場之間的關聯。

【教學過程】

一、新課導入

教師：古人都渴望順風耳千里眼，而現今故事已經成為現實，人與人之間的交流也

是越來越便捷。（展示圖片）大家看到的畫面是“神舟六號”發射場面?！吧裰哿枴鄙?/p>

天后，人們是怎樣知道它到達預定的地點呢？

學生回答：無線電波。

教師：無線電廣播、電視、人造衛星、導彈、宇宙飛船等，傳遞信息和跟地面的聯

系都要利用電磁波?，F代社會的各個部門，幾乎都離不開“電磁波”，可以說“電”作

為現代文明的標志，“電磁波”就是現代文明的神經中樞，或者叫現代化的代名詞。

那么，電磁波是什么？它是怎樣產生的？它有什么性質？怎樣利用它傳遞信號？今

天我們就來認識一下電磁波。

二、新課教學

（一）麥克斯韋電磁場理論

教師首先向學生介紹麥克斯韋的生平簡介，激發學生的好奇心和求知欲。

麥克斯韋（JamesClarkMaxwell，1831~1879）是英國的理論物理學家、數學家。

1831年6月13日生于英國愛丁堡。他的父親是一個科學家，他從小就受到科學的熏陶，

15歲時向英國皇家學會遞交數學論文，發表在《愛丁堡皇家學會學報》上，第一次顯

露出他出眾的才華。1847年，考入愛丁堡大學學習數學和物理學。1850年轉入劍橋大

學，1854年畢業后留校工作。1871年，麥克斯韋任劍橋物理實驗室主任，1874年，他

主持建立的卡文迪許實驗室竣工，任該實驗室首任主任。1879年11月5日，麥克斯韋

在劍橋逝世。

麥克斯韋在電磁場理論方面的工作深受法拉第的影響。他信服法拉第的思想，決心

為法拉第的場的概念提供數學方法的基礎。尤其是他在倫敦皇家學院任教期間，有機會

拜訪了法拉第以后，更加強了他的這種信念。年輕的麥克斯韋以他卓越的數學才能和嚴

密的邏輯推理，對法拉第的直觀形象的電磁場理論加以高度概括，并總結了當時電磁學

的研究成果，建立了電磁場方程，確立了電磁場理論。

教師：我們現在粗略地介紹一下麥克斯韋的電磁場理論。

1．變化的磁場產生電場

演示實驗

裝置如圖所示，當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產生感應電動勢，

引起感應電流使燈泡發光。

提問：小燈泡為什么能發光？

學生回答：由于交變電流產生的磁場在不斷變化，所以穿過線圈的磁通量不斷變化，

在線圈中產生感應電動勢，形成感應電流，小燈泡發光。

提問：電路（線圈）中的電荷為什么能夠定向移動呢？

學生回答：受電場力。

教師總結：上述實驗表明，變化的磁場在線圈里形成電場。

提問：若線圈斷開，線圈中有電流、電場嗎？

學生回答：有電場，無電流。

提問：若線圈被拿走，它原來所處的空間有電場嗎？

學生對此問題可能難以回答，但這時提出變化的磁場能在其空間產生電場已是水到

渠成的時候。

教師：由上面的電磁感應現象，我們可以很自然的提出一個假設：變化的磁場產生

電場。

麥克斯韋認為線圈只不過用來顯示電場的存在，線圈不存在時，變化的磁場同樣在

周圍空間產生電場，這是一個普遍規律，跟閉合電路是否存在無關（如圖甲、乙所示）。

2．變化的電場產生磁場

教師：麥克斯韋根據電現象與磁現象的相似性和變化的磁場能產生電場的現象，提

出了另一個大膽的假設：變化的電場也能產生磁場。

演示課件中的動畫加深對麥克斯韋的電磁場理論的理解。

教師：總結上述兩個結論，麥克斯韋認為，變化的電場和磁場是互相聯系的，形成

一個統一的電磁場。

麥克斯韋根據自己的理論進一步預言，如果在空間某區域中有周期性變化的電場，

那么，這個變化的電場就在它周圍空間產生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它

周圍空間產生新的周期性變化的電場……可見，變化的電場和變化的磁場是相互聯系的，

形成一個不可分離的統一體，這就是電磁場。

電場和磁場只是這個統一的電磁場的兩種具體表現。這種變化的電場和變化的磁場

總是交替產生，并且由發生的區域向周圍空間傳播。于是一個偉大的預言誕生了――空

間可能存在電磁波。

（二）電磁波

教師：講解電磁波的產生

電磁波的傳播靠的是電場和磁場的相互“激發”，所以不需要介質，可以在真空中傳

播。

1．電磁波形成示意圖：

教師：機械波有橫波和縱波之分，且能夠傳遞能量；能發生反射、折射、干涉和衍

射；靠介質傳播，波速v=λf。

2．類比機械波的特點，我們可以得出電磁波的特點：

（1）電磁波中的電場和磁場互相垂直，并且都與波的傳播方向垂直，即電磁波是

橫波。光是一種電磁波。在前面學習的光的偏振現象已經證明了這一點。如圖所示。

（2）電磁波可以在真空中傳播，向周圍空間傳播電磁能，在傳播過程中，電磁波

能發生反射、折射、干涉和衍射。

（3）三個特征量的關系：v=λf。在真空中v=3.0×108m/s。

教師與學生一起比較電磁波與機械波。

3．電磁波與機械波比較

（1）傳播條件：機械波傳播需要介質，而電磁波不需要介質。

（2）傳播規律：都遵循“V=λf=λ/T”這個關系式；且電磁波也能發生反射、折射、

衍射、干涉等現象。

（3）傳播本質：機械波傳播的是機械能，電磁波傳播的是電磁能。

（三）電磁波譜

教師：我們知道機械波有很多種，頻率各有不同。電磁波的頻率分為也非常廣。無

線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都是電磁波。按照電磁波的波長或

者頻率大小的順序把它們排列起來，就是電磁波譜。

教師展示電磁波譜圖

教師：由于電磁波具有不同的波長（頻率），因此具有不同的特性，利用這些特性，

電磁波在生產生活中有著廣泛的應用。

①無線電波中的中長短波：廣播及其他信號傳輸；

②無線電中的微波：衛星通信、電視等；

③紅外線：加熱理療；

④可見光：看清世界認識世界；

⑤紫外線：消毒；

⑥X射線：診斷病情；

⑦γ射線：摧毀病變細胞。

（四）電磁波的能量

教師：我們看不見電磁波，但是電磁波無處不在，生活中常常用微波爐來加熱食物，

說明電磁波具有能量，而且我們可以用儀器探測到電磁波的存在，說明電磁波是一種真

實存在的物質。

（五）電磁波通信

教師：剛才講到無線電波能夠用于通信。那么電磁波是怎么完成通信的呢？

1．無線電廣播

（1）調制器把音頻信號加載到高頻電磁波上。

（2）調諧器選出特定頻率的信號。

（3）揚聲器把音頻信號轉換成聲音。

2．電視

（1）攝影機把圖像變成電信號。

（2）發射機把電信號加載到頻率很高的電磁波上。

（3）發射天線將高頻信號發射到空中。

（4）電視機的接收天線把高頻信號接收下來。

（5）電視機把圖像信號取出并放大。

（6）顯像管將圖像信號還原為圖像。

3．移動電話

移動電話既是無線電發射臺又是無線電接收臺，既可以發射電磁波，又可以接收電

磁波。

三、新堂練習

1．下列關于電磁波的說法中正確的是()

A．只要電場和磁場發生變化，就能產生電磁波

B．電磁波傳播需要介質

C．停止發射電磁波，發射出去的電磁波仍能獨立存在

D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的

2．電磁場理論預言了什么()

A．預言了變化的磁場能夠在周圍空間產生電場

B．預言了變化的電場能夠在周圍空間產生磁場

C．預言了電磁波的存在，電磁波在真空中的傳播速度為光速

D．預言了電能夠產生磁，磁能夠產生電

3．對于聲波和電磁波的比較，下面說法中正確的是()

A．它們都能發生反射現象

B．聲音是由物體振動產生的，電磁波是由變化的電磁場產生的

C．光是一種電磁波，B超利用的是聲波

D.它們都能在真空中傳播

4．下列關于電磁波的說法中正確的是（）

A．電磁波傳播時需要介質

B．電磁波是沿某一特定方向在空間傳播的

C．宇航員在月球上面對面交談時是靠移動無線電話來實現的

D．水波、聲波是自然現象，而電磁波是人工制造出的現象

5．關于電磁波的產生原因，以下說法中正確的是（