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高中物理新人教版选修-4系列课件,第十四章电磁波,14.1电磁波的发现,教学目标,1、知识与技能：知道麦克斯韦电磁理论的主要内容；知道电磁波的形成和特点；知道赫兹的贡献2、过程与方法：了解联想、推理、类比、对称等物理学的思想了解用实验来验证理论的方法3、情感态度与价值观：体会电磁场理论建立的过程；体会自然界对称、和谐之美【重点难点】1、重点：麦克斯韦电磁理论、电磁波的形成和电磁波的特点2、难点：麦克斯韦电磁理论的理解,电磁场理论的核心之一,变化的磁场产生电场,实验为证,如右图,交流电产生了周期变化的磁场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光,讨论:,如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?若改成恒定的直流电,还有电场吗?,有电场,无电流,有,无,麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场,是一种普遍存在的现象,跟闭合电路是否存在无关,导体环只是用来显示电流的存在,说明:在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场),电磁场理论的核心之二:,变化的电场产生磁场,麦克斯韦假设:变化的电场就像导线中的电流一样,会在空间产生磁场,即变化的电场产生磁场,根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的电流要产生磁场,而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场,理解:(1)电场均匀变化产生稳定磁场(2)非均匀变化产生变化磁场,麦克斯韦电磁场理论的理解:,恒定的电场不产生磁场恒定的磁场不产生电场均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场振荡电场产生同频率的振荡磁场振荡磁场产生同频率的振荡电场,电场和磁场的变化关系,电磁波,1 电磁场:如果在空间某区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,变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场,2电磁波:电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波.,电磁波的特点:,(1)电磁波是横波,电场强度E 和磁感应强度 B做正弦规律,二者相互垂直,均与波的传播方向垂直(2)电磁波可以在真空中传播,速度和光速相同.v=f(3)电磁波具有波的特性,电磁波的实验证明,赫兹的电火花实验,赫兹观察到了电磁波的反射,折射,干涉,偏振和衍射等现象.他还测量出电磁波和光有相同的速度.这样赫兹了麦克斯韦关于光的电磁理论.,赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波,14.2电磁振荡,教学目标,1、知识与技能：理解LC回路中产生振荡电流的过程掌握分析电磁振荡过程及变化的规律。知道阻尼振荡和无阻尼振荡的区别2、过程与方法：了解物理过程的一般推理方法3、情感态度与价值观：体会动态和暂态的辨证关系【重点难点】1、重点：对振荡电路，振荡电流基本概念的理解和电磁振荡现象的认识电场能和磁场能的转化过程2、难点：LC回路产生电磁振荡是本章本单元的重点，也是难点。,复习电磁波的发现,麦克斯韦的电磁场理论电磁波,实验,L,C,K,电路图,G,C,L,K,G,L,C,K,电路图,+_ _ _ _,G,L,C,K,电路图,+_ _ _ _,G,L,C,K,电路图,G,+_ _ _ _,实验演示.wmv,大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流,产生振荡电流的电路叫振荡电路,振荡电流:,振荡电路:,LC回路：由线圈L和电容C组成的最简单振荡电路。,理想的LC振荡电路:只考虑电感、电容的作用，而忽略能量损耗,L,C,LC振荡电路,大小和方向都做周期性变化的电流叫振荡电流,产生振荡电流的电路叫振荡电路,振荡电流:,振荡电路:,振荡原理分析,L,C,_ _ _+,A,C,B,L,L,C,_ _ _+,C,C,L,D,放电,充电,放电,充电,_ _+,+_ _,L,C,I,磁场能,q,电场能,小 结,B,U,E,第二,第一,L,C,_ _ _+,L,C,_,+,电源,用电器,用电器,放电：,电场能,磁场能,磁场能,电场能,充电：,例:1,此图正处充电过程还是放电过程？,_,+,_ _ _ _ _,例:1,此图正处充电过程还是放电过程？,答:放电,_,_ _ _+,_,+,_ _ _ _ _,例2：,此图是处充电过程，则电容器上极板带正电还是负电？,例2：,此图是处充电过程，则电容器上极板带正电还是负电？,答：正电,_,+_ _,电磁振荡种类,i,t,i,t,（1）,（2）,B、阻尼振荡,任何振荡电路中,总存在能量损耗,使振荡电流 i 的振幅逐渐减小,这种振荡叫阻尼振荡.如图(2),A、振荡电路中，若没有能量损耗，则振荡电流的振幅将不变，这种振荡叫无阻尼振荡。如图：(1),无阻尼振荡和阻尼振荡,总结与拓展,+,_ _,+,势能,动能,势能,动能,电场能,磁场能,电场能,磁场能,+,_ _,势能,0,i,t,T,T,3T,T,4,2,4,电场能,思考题,电磁振荡过程演示.exe,1、如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器情况和电感线圈中的磁感线方向情况，由图可知，以下说法正确得是,C,L,+,(A C),A、电容器正在充电B、电感线圈的电流正在增大C、电感线圈中的磁场能正在 转变为电容器的电场能 D、自感电动势正在阻碍电流 增加,1、如图所示为振荡电路在某一时刻的电容器情况和电感线圈中的磁感线方向情况，由图可知，以下说法正确得是,A、电容器正在充电B、电感线圈的电流正在增大C、电感线圈中的磁场能正在 转变为电容器的电场能 D、自感电动势正在阻碍电流 增加,C,L,+,2、如图所示，L是电阻可以不计的纯电感线圈，开关S闭合后电路中有恒定电流通过，今将开关S断开，同时开始计时，则电容器上极板A的电量q随时间变化的图象是下图中的哪一项？,3,C,L,A,B,0,A,0,B,0,C,D,t,t,t,q,q,q,q,S,注：上极板带负电荷为正,3、如图所示，LC电路中电流随时间变化的曲线做出的判断正确的是A、在 时刻电容器两端电压最小B、在 时刻电容器带的电量为零C、在 时刻电路中只有电场能D、在 时刻电路中只有磁场能,t,1,t,1,t,2,t,2,I,0,t,t,1,t,2,答：ABC,3、如图所示，LC电路中电流随时间变化的曲线做出的判断正确的是A、在 时刻电容器两端电压最小B、在 时刻电容器带的电量为零C、在 时刻电路中只有电场能D、在 时刻电路中只有磁场能,t,1,t,1,t,2,t,2,I,0,t,t,1,t,2,4.已知LC振荡电路中电容器极板1上的电量随时间变化的曲线如图所示，则（）A.a、c两时刻电路中电流最大，方向相同B.a、c两时刻电路中电流最大，方向相反C.b、d两时刻电路中电流最大，方向相同D.b、d两时刻电路中电流最大，方向相反,5.当LC振荡电路中电流达到最大值时，下列叙述中正确的是（）。A.磁感应强度和电场强度都达到最大值B.磁感应强度和电场强度都为零C.磁感应强度最大而电场强度为零D.磁感应强度是零而电场强度最大,6.下图为LC振荡电路中电容器板上的电量q随时间t变化的图线，由图可知（）。A.在t1时刻，电路中的磁场最小B.从t1到t2，电路中的电流值不断变小C.从t2到t3，电容器不断充电D.在t4时刻，电容器的电场能最小,7.在LC振荡电路中,某时刻的磁场方向如图所示.A.若磁场正在减弱,则电容器的A板带负电.B.若电容器正在放电,则电容器A板带负电.C.若电路中电流正在增大,则电容器A板电量正在减少.D.若电容器正在放电,则自感电动势正在阻碍电流减小.,14.3电磁波的发射和接收,教学目标,1、知识与技能：了解无线电波的波长范围了解无线电波的发射过程和调制的简单概念了解调谐、检波及无线电波的接收的基本原理2、过程与方法：理解无线电波发射的过程3、情感态度与价值观：体会科学与技术的结合之美【重点难点】1、重点：调制、调幅、调频、调谐和解调2、难点：调制、调幅、调频、调谐和解调,复习,1、麦克斯韦的电磁场理论的两大观点,2、怎样变化的电场才能发射电磁波？,3、电磁波的频率和波长之间的关系,4.电磁振荡的过程,无线电波的波段分布（根据：波长/频率）,无线电波的传播方式：,问题讨论:为什么不同波段的无线电电波采用不同的传播方式?,知识拓展,长波: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（大山、高大建筑物）,长波容易被电离层吸收；短波容易被电离层反射；微波容易穿过电离层。,微波:频率很高；直线传播。,中国实用通信广播卫星,中国试验通信卫星“东方红2号”,无线电波的发射与接收:,发 射 端,接 收 端,问题：我们要传递的讯号不是等幅高频振荡电流，而是一些低频讯号（如：声音讯号频率只有几百至几千赫兹，图象讯号频率也不过上万赫兹）能否把它们直接发送出去？,类比：(电磁波发射汽车运货)“货物”要传送的声音、图象等讯号“装上货物”的过程调制信号过程,无线电波的发射：,调制,调频,调幅,声音信号的调制过程：,调幅波的形成：,在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变叫调制。,使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅；使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频,调幅广播(AM)：中波和短波波段；调频广播(FM)：微波（甚高频和超高频波段）,发射过程:,无线电波的接收：,接收电路,在无线电技术中，用天线和地线组成的接收电路来接收电磁波,选台,（电谐振）,调谐,利用“电谐振”现象,检波（解调）,接收,1）电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振，相当于机械振动中的共振。,2）使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路。,3）检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号，叫做检波，它是调制的逆过程，因此也叫解调。,接收过程:,14.4电磁波与信息化社会,教学目标,知识与能力：1、了解光信号和电信号的转换过程，了解电视信号的录制、发射和接收过程，了解雷达的定位原理教学重点：电磁波在信息社会的作用教学难点：电磁波在信息社会的作用,电磁波与我们的生活,电视台通过电磁波，将精彩的电视节目展现给我们。,电磁波与我们的生活,移动通信设备极大的方便了我们的联系。,电磁波与我们的生活,收音机,电磁波与我们的生活,无线上网设备,电磁波与我们的生活,雷达设备在军事、气象等方面有广泛的应用。,汽车的防盗器,通信卫星,通信卫星已经渗入到生活的各个部分。,电磁波的发射与接收,电磁波的产生：,缺点：信号的频率太低，不适于电磁波的发射。,电磁波的发射与接收,利用振荡电路形成高频的振荡电流，这种振荡电流形成的电磁波能够有效地发射。,电磁波的发射与接收,电磁波的发射与接收,调幅调制过程演示,电磁波的发射与接收,我想要接收最上面那个101.1MHZ的,？,电磁波的发射与接收,其固有频率为101.1MHz,调谐挑选特定的电磁波,电磁波的发射与接收,其固有频率为101.1MHz,调谐挑选特定的电磁波,电磁波的发射与接收,解调分离两种频率的波检波,电磁波的发射与接收,全过程示意图,低频电信号,高频载波信号,调制,发射,接收_调谐,解调检波,还原,电磁波特点分析,电磁波具有波动所特有的性质干涉、衍射。,衍射遇到障碍物时，波动能够偏离直线绕过障碍物，继续传播。,相同的障碍物情况下，波长越长，越容易发生衍射现象。,频率越高，波长越短，越能够更好的沿直线传播。,电磁波的传播方式,地波传播：因为波长很长，能够很好的绕过障碍物，所以可以贴地面传播。长波、中波、中短波。,电磁波的传播方式,天波传播：波长比较短，不容易衍射，容易被吸收，靠距地表50-几百km的电离层反射传播电磁波。短波,电磁波的传播方式,直线传播：波长非常短，能够穿透电离层，沿直线传播。微波,电视,阅读课文，试着理解电视机的成像原理,简单地说：电视信号是电视台先把影像信号转变为可以发射的，发射出去后被接收的电信号通过被还原为光的图象重现荧光屏。,摄像管,让我们走进摄像管吧！,电子束把一幅图象按照各点的明暗情况，逐点变为强弱不同的信号电流，通过天线把带有图象信号的电磁波发射出去。,电视机的接收端,Hi!又是我！再带你见识一下,显像管为何能显示与摄像屏一样的像,显像管的电子束也在屏幕上扫描，扫描的方式与步调与摄像管的扫描同步，同时，显像管电子枪发射的电子束的强弱受图象信号的控制。,雷达,雷达在军事、飞机导航、气象预测方面有巨大作用。,雷达,雷达装置主要有什么用？了解雷达用的是什么电磁波?为什么可以根据雷达显示屏看出离障碍物有多远？,雷达工作原理,测距：,利用发射与接收之间的时间差，计算出物体的距离。,雷达所用电磁波特点,微波（超短波）频率高，波长极短，沿直线传播，能够穿过电离层，受大气影响小，收到的信号强且稳定。,电磁波的危害,电磁波的危害,手机的危害原因,在待机状态下，手机不断的发射电磁波，与周围环境交换信息。,手机在建立连接的过程中发射的电磁波特别强。,电磁波的危害,电磁波可能造成的伤害,手机释放的电磁辐射对脑细胞的影响,电磁辐射的遗害会不断累积在十至十五年后很可能出现更多因手机普及而导致的癌症病例,电磁辐射对胎儿的发育起到极大的影响。容易导致胎儿畸形和发育不良。,手机危害的预防,移动电话接通瞬间释放的电磁波容易产生不好的影响，所以移动电话响时，一秒后再听手机。,如果身边有其他电话可用，就不要使用手机。在使用手机时，可以采用手机专用耳机，实现远距离使用是比较有效的办法。,休息时不要将手机置于枕头边。,注意手机的摆放位置。医学专家建议我们，手机不用时最好放在包里，但不要放在胸前的口袋中，也不要直接挂在胸前。,手机危害的预防,多吃绿茶可以防范辐射。,使用绿色手机。GSM标准的手机的辐射标准为0.62瓦，而采用CDMA技术的手机其辐射标准要小得多，所以CDMA手机被称作绿色手机。,电磁污染,电磁污染 基本上是两大类：一是自然界所固有的；再就是人在利用电磁能时形成的目前在人类的生存环境中，自然界固有的电磁辐射的影响已相对较小，人为的电磁辐射的影响却在迅速增大在我国近十几年来电磁辐射的影响更是爆炸性的增强，“电气烟雾”弥漫在我们周围作为人造电磁辐射源，它还涉及很多方面，例如，广播电台、电视台、雷达、导航、通信、射电天文、气象预测、医疗设备中的电针炙、核磁共振等，宇航方面的各种飞行器等电子设备都会辐射电磁波，家庭中使用的微波炉、红外烤箱等家用电器，也都会产生电磁辐射,生活环境中充满了电磁波，只要是使用电的电器用品，都会放出电磁波。墙壁中看不见的电线，也会使电磁波检测笔哔哔叫。所以睡觉时不要太靠近装有电线的墙壁，以免因电磁波影响而无法好好睡一觉。而现代人人手一手机，它的电磁波其实是很强的。在电脑前拨通手机，大家往往会发现电脑萤幕闪铄不已。又在打开的收音机前拨通手机，收音机也受到很大的干扰。,微波炉的微波也是很强的电磁波，有人曾经做过实验，发现微波抑制了植物的生长！这个实验是将4盆绿豆苗分别放入微波炉中照射微波5秒、10秒、15秒、20秒後，移出置於空旷处。另外一盆完全不照射微波做为实验控制组。观察这5盆绿豆芽每天的生长进度，发现不受微波照射的实验控制组，绿豆苗生长正常。经微波照射过後的植物，只有照射5秒的一盆尚有存活力，其他一概陆续枯萎，可见微波对生物的杀伤力。虽然如此，微波过的食物仍可食入，绝不会吃进微波的！,另外也有人做微波使鱼眼变白的实验，将鱼眼睛放入微波炉中，照射微波九秒後观察鱼眼睛的变化。发现微波使鱼眼睛煮熟了。而当人的眼晴暴露在微波中，人眼晴中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白，於是再也看不见东西了，这就是所谓的白内障。因此当妈妈使用微波炉煮点心时，小朋友千万不要在微波炉的玻璃门外看着，以免视力会越来越差。,电磁波这麽可怕，我们该怎麽预防呢？（一）拔掉插头可防止电磁波：电器用品不使用时，最好将插头拔掉，避免室内环境受到电磁波的侵害。（二）保持距离可减少电磁波：没错，距离越远，电磁波强度越弱。所以在使用电器用品像电脑、电视、电风扇、吹风机、微波炉、电磁炉时，都要远离这些电器用品，以策安全。,电磁泄密,磁泄露造成泄密 电磁辐射除了造成无法清理的磁污染外，低强度的电磁泄露会带来意想不到的麻烦法国某公司机要室附近停了一辆机动车，车内配备有电磁传感器、高灵敏度接受机和简易信息处理系统车内电子探测系统与机要室的电脑信息网络之间无任何信息传输通道奇妙的是，车内的显示荧屏上展示的图文信息，居然与机要室微机荧屏上显示的信息完全一样,这就是因为网络上的荧屏、机壳接缝、键盘、电缆接头等处产笺电磁泄露，辐射到处间，它们可以被某些哪怕是简易的探测系统窃收和破译目前，世界上不少国家都把美国作为电脑间谍活动及信息破坏的对象为此，五角大楼坚持每年拨款数十亿美元，用来保障所有相关指挥系统的信息安全,14.5电磁波谱,教学目标,1、知识与技能：了解电磁波在现代社会中的应用了解电磁波谱的特点和应用2、过程与方法：理解各种电磁波的特点3、情感态度与价值观：体会科学与社会的结合之美 体会事物是有两面性的【重点难点】1、重点：各种电磁波的特点2、难点：各种电磁波的特点,一、电磁波谱,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，叫电磁波谱由无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、射线合起来构成范围非常广阔的电磁波谱,紫 靛,电磁波谱分布示意图,一、电磁波谱,二、无线电波,无线电波：波长大于1mm（频率小于300GHz)的电磁波用途：通信、广播和天体物理研究等,(1)红外线是一种波长比红 光的波长还长的不可见光。其波长范围很宽，约750nm106nm,(2)显著作用：热作用。,(3)由英国物理学家赫谢尔于1800年首先发现红外线，一切物体都在不停地辐射红外线，物体温度越高，辐射红外线的本领越强。,三、红外线,(4)用途:红外摄影、红外遥感技术,长三角的“热岛”,观察物体，照像等等，都是可见光的应用。,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、紫各色光。在电磁波中是一个很窄的波段，（波长为750nm370nm）。,四、可见光,问题：天空为什么是亮的？大气对阳光的散射傍晚的阳光为什么是红的？,五、紫外线,（2）由德国物理学家里特于1801年首先发现的，一切高温物体发出的光中，都有紫外线。,（1）紫外线是一种波长比紫光还短的不可见光；其波长范围约5nm370nm，,显著作用：A、荧光，B、化学作用，C、杀菌消毒,（2）在“非典”非常时期，常常在教室内开“紫外线灯”为什么？,（1）你是怎么知道有荧光作用的？,讨论：,利用紫外线的荧光作用检验人民币的真伪,紫外线杀菌灯,防紫外线雨伞,伦琴射线（X射线）是一种波长比紫外线更短的不可见光。有较强的穿透能力。,六、伦琴射线和射线,比伦琴射线还短的那就是射线。,X射线的应用？,讨论：,X射线照射下的鱼,X射线照射下的手,七、电磁波的能量,电磁波具有能量，电磁波是一种物质,八、太阳辐射,能量的相对大小,波长/nm,400,800,1200,1600,2000,紫外线,可见光,红外线,黄绿光,八、太阳辐射,阳光含有：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线太阳辐射的能量集中在可见光、红外线、紫外线三个区域阳光中波长在5.5x10-7m的黄绿光附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感,再见,