高中物理选修1-1课件.电磁波的技术应用

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2．不同频率的电磁波在真空传播速度相同吗？ 【提示】 相同．不同频率的电磁波在真空中的速度最大，都是光速 c.
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波长、频率和波速的关系 1．描述波的物理量 波长(λ)、频率(f)、波速(v)．
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2．波长、频率与波速之间的关系 波速＝波长×频率，即 v＝λf. (1)频率由波源决定，与介质无关，波长、波速的大小与介质有关．所以同 一电磁波在不同介质中传播时，频率不变，波速、波长发生改变，在介质中的 速度都比在真空中速度小． (2)不同频率的电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同． (3)在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度都相同：v＝c.
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1．电磁波从一种介质进入另一种介质其频率不变． 2．电磁波在介质中传播其速度与介质有关，与频率也有关，但 v＝fλ 仍适 用． 3．在不严格情况下，光在空气中速度可认为等于真空中光速 c.
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电磁波
[先填空] 1．如果在空间某区域有不均匀变化 的电场，那么这个变化的电场就在空
间引起 变化的磁场 ， 这个变化的磁场又会引起新的 变化 的电场和磁场…… 于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波．
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2．(1)机械波的传播需要 介质 ，而电磁波可以在真空 中传播，这是因为 电磁波的传播靠的是 电场 和 磁场 的相互“激发”，而电场和磁场本身就是 一种形式的物质．
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知识脉络
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麦克斯韦的电磁场理论
[先填空] 1．变化的磁场在空间产生电场 ． 2．变化的电场在空间产生磁场 ．

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【例2】 下列关于电磁波的说法中正确的是( ) A.只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波 B.电磁波的传播需要介质 C.停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在 D.电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的
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解析 要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非 均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而 在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电 磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传 播过程，所以D正确. 答案 CD
1
第1讲 电磁波的发现
[目标定位] 1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场，变化的电 场产生磁场.了解变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场.2.了解电磁场在空间传 播形成电磁波.3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献.体会两 位科学家研究物理问题的方法.
2
一、伟大的预言 1.变化的磁场产生电场
(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的_磁__通__量__发__生__变__化__，电路里 会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了_电__场____. (2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生__电__场_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_____.
3.__麦__克__斯__韦___不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了_电__、__磁__、__光__现象在本质上 的统一.
4
想一想 麦克斯韦从什么现象认识到变化的磁场能产生电场？关于“变化的电场能 够产生磁场”的观点，他是在什么情况下提出的？ 答案 麦克斯韦从法拉第电磁感应现象认识到变化的磁场能够产生电场.麦克斯韦 确信自然界规律的统一与和谐，相信电场与磁场有对称之美.他认为：既然变化的 磁场能够在空间产生电场，那么变化的电场也能够在空间产生磁场.

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如图,使待测压力作用于膜片上,膜片发生形变,使电容器两极板 间的距离发生变化,引起电容器电容的变化,通过电子电路就能测 出压力的变化。
电容式压力传感器
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二、信息的传递、处理与记录 阅读教材第90~91页“信息的传递”“信息的处理和数字通信”以及 “信息的记录”三部分。了解人们对信息处理的发展历程。 1.信息的传递 (1)传送电磁波的三种方式:电缆、光缆、无线传输。 (2)由于光的频率比无线电波的频率高得多,因此光缆可以传递大 量信息,是目前发展最快的通信方式。 2.信息的处理 电信号分为模拟信号和数字信号,其中数字信号抗干扰能力强, 容易加密,便于计算机处理,所以一般要把模拟信号处理成数字信 号进行数字通信。
强、容易加密,便于用计算机处理。 答案:√ (3)电子秤中使用的是压力传感器。 ( ) 解析:压力传感器用来测定压力的变化。 答案:√
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2.探究讨论。
(1)在日常生活中,哪些地方使用了传感器?
不积跬步，无以至 千里； 不积小流，无以成 江海！
要点提示温度传感器、声音传感器和光敏电阻传感器。
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专题一 专题二 专题三 专题四
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(1)推导出电压表示数U与所称物体质量m的关系式。 (2)为使电压表示数与待测物体质量成正比,请利用原有器材进行 改进,在乙图的基础上完成改进后的电路原理图,并求出电压表示 数U'与所称物体质量m的关系式。 解析:(1)当在托盘中放质量为m的重物后,弹簧被压缩x,据题意可 知mg=kx,① 此时滑动变阻器滑片以上的电阻值为R1,则
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【例4】 如图所示,图甲是我市某中学在研究性学习活动中,吴丽 同学自制的电子秤原理示意图,目的是利用理想电压表的示数指示 物体的质量。托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连接,托盘与弹簧的 质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中没有 放物体时,滑片恰好指在滑动变阻器的最上端,此时电压表示数为 零。设滑动变阻器总电阻为R,总长度为L,电源电压为U0,限流电阻 阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力。
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专题二 电磁波频率及波谱
1.自从1888年赫兹通过一系列实验证实了电磁波的存在之后,时 至今日,不仅证明了光波是电磁波,而且证明了红外线、紫外线、X 射线、γ射线等均是不同频率范围内的电磁波。科学研究证明电 磁波是一个大家族。目前人类通过各种方式已产生或观测到的电 磁波的最低频率为f=10-2 Hz,其波长为地球半径的5×103倍; 而电磁 波的最高频率为f=1025 Hz,它是来自于宇宙的γ射线。
2.将电磁波按频率或波长的顺序排列起来就构成电磁波谱。在 电磁波谱中,γ射线的波长最短,X射线次之,后面依次是紫外线、可 见光、红外线和无线电波。不同频率(波长)的电磁波段有不同的 用途,随着科学技术的不断进步,相信电磁波谱的两端还将不断扩 展,电磁波的应用也将进一步扩展。

二、电磁波谱
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预习交流 2
响尾蛇毒性很大, 它的眼睛对可见光几乎失去了作用, 然而它却能 敏捷地捕捉田鼠及其他小动物. 你知道响尾蛇是如何确定小动物位置 的吗? 答案: 经过人们的研究发现, 响尾蛇有热感受器——“ 热眼” . “ 热眼” 长在蛇的眼睛和鼻孔之间叫颊窝的地方, 颊窝一般深 5 m m , 只有 1 cm 长, 呈喇叭形, 外面有热收集器能够接收小动物身上发出来的红外辐射 , 并 把外界温差和红外线通过神经反映给大脑, 大脑发出相应的“ 命令” , 引 导它去猎取食物. 人们利用这一原理发明了利用红外线制导的导弹 .
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1. 在真空中: 用 λ 表示电磁波的波长, f表示频率, 则有 c= λ f . 2. 在介质中: 因为电磁波的频率由波源决定, 所以光由真空进入介 质中频率 f 不变, 设波速为 v, 波长为 λ ' , 则 v= λ ' f .
二、电磁波谱
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1. 能用波长、频率和波速的关系解决 问题. 学习目标 2. 知道电磁波在真空中的传播速度等 于光速, 能记住其具体的数值. 3. 了解电磁波谱的组成以及它们各自 的特点与应用. 重点: 波长、频率和波速的关系. 重点难点 难点 : 对电磁波谱各波段的特点与应 用的记忆.

中波和短波 4．无线电波中的 __________在技术上是最容易实现的， 调幅 方式，所以最初 它们载送声音的方式也是比较简单的________ 的无线电广播是中波和短波调幅广播两种方式．中波可沿着 地球表面 传播 ( 地波 ) ，如果功率较大，能够覆盖半径为 100 __________ 电离层反射 多千米的地区，也可依靠地球外层空间的 __________(天波)， 栏 目 有可能到达几百以至上千千米以外的远方．短波主要依靠电离 链 接 层的反射，功率较大的短波能够传播到几千千米以外． 微波 5．电视信号为视频信号，它通常由 ____________ 传送， 只能沿直线 微波的传播特点是 ________________ 传播，所以它碰到高大 建筑物或高山会被阻隔，因此必须每隔一定距离要建立中继 站．
栏 目 链 接
解析：每一部移动电话既是无线电发射台，又是接收台， 但它们之间不能直接通话．移动电话跟其他用户的通话要依靠 基站．在通话过程中，移动台与附近的基站建立联系，再由基 站与移动业务交换中心连接通过基站、移动业务交换中心和中栏 继线转接传输信号，就可以实现任意两个移动用户之间的通信目 链 联系，从而构成一个自成体系的移动电话网． 接 答案：D
考点二
雷达
雷达是利用电磁波来测定物体位置的无线电设备．
雷达的工作原理：雷达是利用电磁波遇到障碍物要发生反 射的特性工作的．
雷达有广泛的实际应用．
栏 目 链 接
考点三
移动电话
移动电话又称为手机．每个手机都是一个小型电磁波发射 台，它将用户的声音或数字信息转变为高频信号发射到空中； 同时它又相当于一个收音机，捕捉空中的电磁波，使用户接收 到通话对方送来的信息．移动通信的过程如下图所示．
栏 目 链 接

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本节以无线电广播、电视、雷达、移动通信为 例，介绍电磁波在现代社会中的广泛应用，对它们 各自的工作原理、工作过程从科普的层面上作了定 性说明，简明扼要而又不失通俗易懂，适合学生自 主学习。让学生了解它们的工作原理和过程只是本 节的目的之一，在此基础上，还应该要求学生就广 播、电视、雷达、移动通信对生产、生活方式的影 响分别收集具体的事例，再进行讨论和交流。
第四节
电磁波的技术应用
教学目标 本节概述 教学过程 课后练习
1．知识与技能 (1)定性了解无线电广播、电视、雷达、移动通信 等的工作原理、过程，知道它们都是电磁波的技术 应用，都是依靠电磁波传递信息的． (2)能够举出生产、生活中的具体事例说明广播、 电视、移动通信等是怎样影响了我们的生活，认识 到电磁波的技术应用奠定了信息社会的基础，认识 到这一系列的应用已经改变并且还将进一步改变人 们的生产、生活方式．
1、下列说法不正确的是( ) A、雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电 装置 B、电磁波遇到障碍物要发生反射、雷达就是利用 电磁波这个特性工作的 C、雷达能测定飞机的位置，不能对海上轮船定位 D、示波器上的雷达发射脉冲高于反射脉冲，原因 是电磁波在传播过程中能量有损失
2、关于无线电广播的过程，下列说法不正确的是( ) A、从发射到接受信号联系的桥梁就是电磁波 B、收音机上的“调谐”旋钮就是起选台作用的 C、每个电台都只能使用特定频率的电磁波发射信号 D、调谐器和放大器是出现在发射端的 3．下列说法不正确的是（ ） A．发射出去的无线电波可以传到无限远处 B．移动电话是利用无线电波进行通讯的 C．真空中电磁波的速度等于光速 D．只要三颗通信卫星发射信号就几乎可以覆盖整 个地球的表面
①对照教材图3-4-2，描述无线电广播的工作过程 ②每个小组列举出2-3个无线电广播影响你或别 生活的事例。

6．同步通信卫星当作电磁波的中继站，大大增加了信号
的覆盖面积．理论计算表明，只要___三_____颗通信卫星，视频 栏
信号便几乎可以覆盖整个地球表面．
目
链
接
二、雷达
雷达是利用 ___电__磁__波_____进行______测__距______和 ________定__位________的仪器．
雷达的工作原理：雷达是利用电磁波遇到障碍物质发生反射栏
4．无线电波中的中__波__和__短__波__在技术上是最容易实现的，
它们载送声音的方式也是比较简单的__调__幅____方式，所以最初
的无线电广播是中波和短波调幅广播两种方式．中波可沿着
__地__球__表__面__传播(地波)，如果功率较大，能够覆盖半径为100多
千米的地区，也可依靠地球外层空间的__电__离__层__反__射(天波)，有
到通话对方送来的信息．移动通信的过程如下图所示．
栏
目
链
接
例1 (单选)下列说法不正确的是( )
A．电磁波是一种信息运载工具
B．飞机导航可以通过无线电波实现
C．电磁波是人眼能看得见的一种物质
栏
目
D．我们生活的空间充满着电磁波
链
接
解析：电磁波可以携带信息，是一种信息运载工具，故A
正确；飞机是通过雷达发射的无线电波来导航的，故B正确；
栏
目
链
接
栏 目 链 接
一、无线电广播
1．变化的电场和变__化__的__磁__场__总是交替产生，并且由发生区
பைடு நூலகம்
域向周围空间传播，这种由近及远的电磁场的传播就是
_电__磁__波___．其速度与___光__速___相同，为_____3_×__1_0_8_m__/_s ____．

5
3.可见光 可见光的波长在700～400 nm之间.
4.紫外线 波长范围在5 ～400 nm的电磁波是紫外线.可以利用紫外线__灭__菌__消__毒_____.人体接受 适量的紫外线照射，能促进__钙____的吸收，改善身体健康.在紫外线的照射下，许多 物质会发出__荧__光__.根据这个特点可以设计防伪措施.
4
二、电磁波谱 1.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.不同波长电磁波的特性
(1)无线电波 波长大于__1____ mm(频率小于300 000 MHz)的电磁波是无线电波.无线电波用于 _通__信___和__广__播__. (2)红外线 ①红外线是一种光波，它的波长比无线电波的波长___短___ ，比可见光___长___ ， ②所有物体都发射红外线，热物体的红外辐射比冷物体的红外辐射__强____. 我们看不 见红外线. ③利用_红__外__线__遥__感___可以在飞机或人造卫星上勘测地热、寻找水源、监视森林火情、 预报风暴和寒潮.
2
2.波速、波长、频率三者之间的关系：波速＝__波__长___×__频__率___，电磁波的波速c 与λ、f的关系是c＝__λ_f____.
3.电磁波在真空中的速度c＝___3_.0_×__1_0_8_m__/_s___.
3
想一想 电磁波在任何介质中的传播速度都等于光速吗？ 答案 不是.电磁波在真空中的速度最大，而在介质中速度都会减小，我们认为电 磁波在空气中的传播速度近似等于光速.
图4－2－1
A.荧光效应
B.灭菌消毒作用
C.强穿透能力
D.显著热效应
解析 X射线能够穿透物质，可以用来检查人体内部器官，选项C正确.
答案 C

了解电磁波如何在科学实验室中用于研究和创新。
探索电磁波在金属探测器、雷达和安全检查中的应用。
电磁波在无线充电中的应用
了解电磁波如何实现无线充电技术和电力传输。
电磁波在雷电防护中的应用
探索电磁波如何在建筑物、飞机和雷达中用于防护和安全措施。
电磁波在能源传输中的应用
了解电磁波如何在太阳能、风力发电和电磁感应中实现能源传输。
电磁波在激光技术中的应用
高中物理课件：电磁波的 应用
电磁波贯穿我们的生活，了解电磁波的应用将帮助我们更好地理解这个世界。 让我们一起探索电磁波在各个领域中的奇妙用途。
电磁波的基本概念
什么是电磁波？学习电磁波的起源、定义和基本特征。
电磁波的分类和性质
电磁波分为哪几种类型？它们有什么特性和应用？
电磁波的传播特性
电磁波的传播速度、路径和传播方式。
电磁波在通信中的应用
1
无线通信
了解电磁波如何在手机，Wi-Fi和蓝牙等设备中实现无线通信。
2
电视和广播
探索电磁波在无线电视和收音机广播中的重要作用。
3
卫星通信
了解电磁波如何实现卫星通信和全球覆盖。
电磁波在医学成像中的应用
电磁波在X光、MRI、CT和超声波等医学成像技割、激光雕刻和激光治疗等领域中的应用。
电磁波在光通信中的应用
了解电磁波如何实现光纤通信和高速互联网连接。
电磁波在太阳能、风力发电中的应用
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电磁波在矿井通风中的应用
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电磁波在实验室中的应用