1、1184 电磁波【教学目的】1、知道电磁波的形成和电磁波的特点2、知道赫兹实验对电磁波的意义3、知道电磁波的传播规律、发射电磁波的难度和什么因素有关【教学重点】电磁波的形成和电磁波的特点【教学难点】电磁波是横波、电磁波的 E 值和 B 值何以同时达到最大【教学过程】、复习& 引入复习提问 1：恒定的电场能否激发磁场？学生：不能。复习提问 2：均匀变化的电场会激发什么样的磁场？ 学生：恒定的磁场。引入：如果非变化的电场激发的磁场仍然是非均匀变化的，那么这个磁场是不是还要继续激发电场，而这个电场又是变化的，是不是又要激发磁场？ 这种情形和弹性介质的驱动与受迫振动是不是非常类似呢？一、电磁波我们将刚
2、才所讲的的 E 场激发 B 场、B 场激发 E 场、E 场激发 B 场的过程用 图 1 表达。显然，如果电容器中变化的电场的变化规律能够保证后面激发的 B 场、E 场、B 场永远都是变化的，那么这个这个过程将由近及远、一直进行下去。机械振动驱动临近介质作受迫振动形成机械波，电磁振荡通过电磁场的相互激发由近及远传播必然形成1、电磁波 ：电磁振荡通过电磁场由近及远的传播。电磁波是通过电磁场这种特殊的物质传播的，这就意味着它具有“看不见、摸不着”的特征。但在科技日益发达的今天，我们每一个普通公民都已经能通过相应的设备感受电磁波的存在。大家能举出这样的事例吗？2学生举例（电视、手机）我们都知道，电视、
3、手机的出现都是上一个世纪的事情。因此，要在两百多年前感受电磁波的存在、证明电磁波的存在，就不是一件容易的事情了。但是，工夫不负有心人，在 1888 年，就有人做到了这一点，他就是赫兹。Heinrich Rudolf Hertz，18571894，德国物理学家。主攻：电磁学。重要成就：实验证明电磁波的存在；弗兰克-赫兹实验。荣誉：1925 年度的诺贝尔物理学奖；所有波的频率单位以赫兹命名。历任：卡尔斯鲁厄大学物理学教授、波恩大学物理学教授。赫兹验证电磁波存在的实验是这样进行的： 1、先设计了一套电磁波发生器。赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒（相当于电容器）上。当感应线圈的电流突然中断时，其
4、感应高电压使电火花隙之间产生火花。瞬间后，电荷便经由电火花隙在锌板间振荡，频率高达数百万周。2、再设计检波器探测电磁波存在。他将一小段导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使电火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内，检波器距发射器 10 米远，结果他发现检波器的电火花隙间确有小火花产生。赫兹实验在麦克斯韦理论提出 20 多年后才成功，但仍然在物理界引起不小的轰动。这之后，1896 年，俄国人波波夫首次把无线电报拍到 250 米远的地方，而意大利人马可尼制出了无线电通讯设备。1899 年，马可尼在英法之间发报成功；1901 年，横越大西洋发报成功。近代无线通
5、讯事业的发展是第二次工业革命的重要标志之一。此外，电磁振荡和电磁波促成了数字化时代的到来，使信息革命成为可能。所以，赫兹实验不仅证明了麦克斯韦理论的正确性，而且在产业革命领域有着划时代的意义。为了纪念赫兹的这一成就，人们将所有形式的波的频率单位命名为赫兹。赫兹不仅证实了电磁波的存在，还利用类似的装置实现了电磁波的反射和叠加（驻波）、测量了电磁波的波长，并进而求出了电磁波的波速。种种事实表明，电磁波具有如下的特征2、电磁波的特征在同一均匀介质中，电磁波是匀速传播的，在真空中传播速度等于光速 c = 3.0108m/s 。电磁波是横波。但和机械横波不同的是，垂直传播方向的振动有两个一个是电场 E
6、，一个是磁场 B ，它们又是彼此垂直的。我们用 图 2 表示这种情形 由图可知，电磁波中电场E 和磁场 B 传播的波长是相等的，因此它们的周期、频率也必然相等。从这里可以进一步看出，电磁波在传播时，电磁场是一个不可分割的整体。电磁波的传播和机械波有类似之处，但形成的过程有着本质的差别，前者靠的是电场和磁场之间相互“感应” ，后者靠的是弹性介质的驱动与受迫振动。正是因为这样，电磁波既可在真空中传播，也可在一般介3质中传播，而机械波只能在一般的介质中传播。二、电磁波的发射所有的波都能传递信息、辐射能量，我们研究电磁波的目的也正是希望它能帮助我们在信息传递方面开辟一个新的天地。那么，怎样才能使电磁波
7、尽可能远地、效能更大地辐射能量与传递信息呢？定量的研究表明，振荡电路对外辐射出去的能量，与振荡频率的四次方成正比。所以提高振荡频率就成为提高电磁波发射本领的重要手段。那么，同学们，怎样才能提高 LC 振荡的频率呢？学生：减小 L ；减小 C 。开放电路说明配合教材 P242 图 18-8。关于电磁波的发射，除了提高发射本领之外，还有信息加载的问题，我们会在下一节继续介绍。三、小结本节课我们介绍了电磁波形成的过程、电磁波的特征。同学们应该注意电磁波和机械波的联系与区别，将它们对照起来领会、记忆，才会相得益彰、融会贯通。四、作业布置阅读教材；学海导航物理（下） P108“巩固提升”A 组，做在书上
8、【板书设计】注意“教学过程”的 带框字符 ，即是板书计划。【教后感】【阅读材料】1、赫兹一、生平简介Heinrich Rudolf Hertz 18571894 德国物理学家。1857 年 2 月 22 日生于汉堡。父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12 岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的 实验仪器。 1876 年入德累斯顿工学院学 习工程，由于对自然科学的爱好，转入慕尼黑大学学 习数学和物理，第二年又 转 入柏林大学，在Hvon 亥姆霍 兹 指导下学习并进行研究工作。1880 年他以纯理论性工作的 旋转导体电磁感应论文获得博士学
9、位，成 为 亥姆霍兹的助手。 1883 年到基尔 大学任教。18851889 年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授， 1886 年开始进行使他 闻名世界的关于电磁波的实验工作。18891894 年任波恩大学物理学教授接替 R克劳修斯的席位。1894年 1 月 1 日因血中毒在波恩逝世，当 时年仅 36 岁。 为了纪念他发现电 磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹，现行国 际单位制(SI)仍沿用。二、科学成就1赫 兹的主要 贡 献是用实验证明了 电磁波的存在，并 测出电磁波传 播的速度跟光速相同，还进一步观察到电磁波具有聚焦、直进性、反射、折射和偏振等性质。(1)赫兹证明电磁波存在的实验；(2)赫兹测
10、出电磁波速度；(3) 观察4到电磁波有聚焦、直 进、反射、折射和偏振现象。2赫 兹发现电 子与原子的碰撞 规律赫 兹科学研究中最出色的工作是他与弗兰克合作的著名实验，通 过这一实验证明了当原子受到电子的冲击激发而发射谱线时，所需要的能量是分立的。这一先驱性的工作，给玻尔的原子量子化模型以决定性的支持。因这一重要 发现，赫 兹与弗兰克共获 1925 年度的诺贝尔物理学奖。2、赫兹实验赫兹在柏林大学随赫尔姆霍兹学物理时，受赫尔姆霍兹之鼓励研究麦克斯韦电磁理论，当 时德国物理界深信韦伯的电力与磁力可瞬时传送的理论。因此赫兹就决定以实验来证实韦 伯与麦克斯韦理论谁的正确。依照麦克斯 韦理论，电扰动能辐
11、射 电磁波。赫 兹根据 电容器经由电火花隙会产生振荡 原理，设计了一套电磁波发生器，见图 385。赫兹将一感应线圈的两端接于产生器二铜棒上。当感应线圈的电流突然中断时，其感应高电压使 电火花隙之间产生火花。瞬间后， 电 荷便经由 电火花隙在锌板 间振荡， 频率高达数百万周。由麦克斯韦理论，此火花 应产生电 磁波，于是赫 兹设计了一简单的检波器来探测此电磁波。他将一小段 导线弯成圆形，线的两端点间留有小电火花隙。因电磁波应在此小线圈上产生感应电压，而使 电 火花隙产生火花。所以他坐在一暗室内，检波器距振荡器 10 米远，结果他发现检 波器的电火花隙间确有小火花产 生。赫 兹在暗室远端的墙壁上覆有
12、可反射电波的锌板，入射波与反射波重迭应产 生驻波，他也以 检波器在距振荡器不同距离 处侦测加以证实。赫兹先求出振荡器的频率，又以 检 波器量得驻波的波长，二者乘 积即 电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样， 电 磁波传播的速度等于光速。1888 年，赫兹的实验成功了，而麦克斯韦理论也因此获得了无上的光彩。赫 兹在实验时曾指出， 电磁波可以被反射、折射和如同可见光、热波一样的被偏振。由他的振荡器所发出的电磁波是平面偏振波，其电场 平行于振荡器的 导线，而磁 场垂直于电场，且两者均垂直传播方向。1889 年在一次著名的演说中，赫兹 明确的指出，光是一种 电磁现象。第一次以电磁波传递讯息是 1896 年意大利的马可尼开始的。 1901 年， 马可尼又成功的将 讯号送到大西洋彼岸的美国。20 世纪无线电通讯更有了异常惊人的发展。赫 兹实验 不仅证实麦克斯 韦的电磁理论，更 为无线电、电视和雷达的发展找到了途径。
