電磁波教案(電磁波一章主要知識點及講解)

1.電磁波一章主要知識點及講解

第十三章 無線電通信和電子元件 知識提要 一、無線電通信 1電磁波：電磁場在周圍空間由近及遠的傳播就形成電磁波。水波、聲波等都需要傳播波的媒質，而電磁波可以在真空中傳播。電磁波在空間傳播，能量也一同傳播。 電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的速度。電磁波的傳播速度v、頻率f和波長λ的 關系為：v=λf。不同頻率的電磁波在真空中的傳播速度都相同。 電磁波在無線電通信中稱作無線電波。無線電波按波長可分為長波、中波、中短波、短波、微波等不同波段。 2無線電廣播和電視：無線電廣播和電視是利用電磁波來傳遞聲音信號和圖像信號的。其傳播分發(fā)射和接收兩個過程。其傳播途徑雙分直射波、地波、天波三種方式。

2.初中物理電磁波重點

（一）教學目的 1.常識性了解電磁波，知道電磁波的頻率、波長的概念。

2.記住電磁波的傳播速度。（二）教具 水，水槽，水木棍，麻繩，電池，半導體收音機，鋼銼，導線。

（三）教學過程 1.復習 我們生活在一個充滿聲音的世界里，人們通過聲音（如語言、音樂等）交流思想、表達感情。如家長的教誨、教師的授課可以增長我們的知識；優(yōu)美動聽的音樂可以陶冶人的情操、給人以美的享受。

聲音是傳遞信息的一種重要方式，幫助我們了解世界。 通過我們在初中二年級學習過的聲現象的有關知識，可以知道：一切正在發(fā)聲的物體都在振動；我們聽到的聲音通常是靠空氣傳的；聲波在空氣中的傳速度大約是340米/秒。

在前面我們還學習過電話，電話的話筒能把聲音振動轉化為強弱變化的電流，電流流經聽筒，聽筒又能把它轉化為振動，使人聽到聲音。 2.引入新課 飛機上的飛行員與地面指揮員的對話不用電線；我們每天聽收音機或看電視，也沒有電線直接通向電臺或電視臺。

可見，這些都不是用電線來傳播電信號的，我們稱作“無線電通信”。那么，無線電通信是怎樣傳輸信號的呢？今天我們就來學習這方面的簡單知識。

3.進行新課 板書： （1）演示實驗 ①手持小木棍，讓木棍下端接觸水槽水面，使同學們看到，水面上有一圈圈凸凹相間的狀態(tài)從木棍接觸水面處向外傳播，形成了水波。 ②音叉（或其他發(fā)聲體）振動時，在空氣中會有疏密相間的狀態(tài)向外傳播，形成聲波。

聲波看不見，摸不到，但聲波傳到我們的耳朵，會引起鼓膜振動，使我們產生聽覺。 總結以上實驗（和其他事例）得出結論： 板書： （2）電磁波 板書：<當導體中有迅速變化的電流時，會向周圍空間發(fā)射電磁波。

> 電磁波看不到，摸不著，我們可以通過實驗來間接觀察它的存在。 演示課本上圖13—2的實驗，實驗后讓學生閱讀課本上“實驗”后的兩個自然段，再提出以下問題讓學生回答。

①為什么會發(fā)生這種現象？ ②舉出日常生活中發(fā)生的類似的現象。 教師歸納小結，講解電磁波的初步知識，并說明間接觀察是物理學常用的研究方法（如借助小磁針可以間接地研究磁場）。

（3）電磁波的頻率和波長 講解課本圖13—3水波在1秒內傳播的波形圖，結合小木棍振動時產生水波的演示實驗說明： ①波峰與波谷的概念； ②在1秒內出現的波峰數（或波谷數）叫水波的頻率；頻率的單位叫做赫茲，簡稱赫。常用的頻率單位是千赫和兆赫。

板書： ③波長與波速的概念； ④分析得出：波速與波長和頻率的關系。 板書： 類似于水波，電磁波也有自己的頻率和波長，也同樣可以用波形圖來描述，講解課本圖13—4頻率不同的電磁波的波形圖。

需要說明以下二點： ①電磁波的頻率等于產生電磁波的振蕩電流的頻率。 ②電磁波頻率、波長與波速的關系。

板書： 電磁波在空間是向各個方向傳播的，德國物理學家赫茲用實驗證實，電磁波的傳播速度等于光速。 板書：<電磁波在真空中的傳播速度與光速相同，是3*108米/秒。

在空氣中和在真空中近似。> 注意：不同頻率（或不同波長）的電磁波的傳播速度都相同，所以頻率較大的電磁波，波長較短。

例：我國第一顆人造地球衛(wèi)星采用20.009兆赫和19.995兆赫的頻率發(fā)送無線電信號，這兩種頻率的電磁波的波長各是多少？（光速為2.9979*108米/秒） （答案：波長分別為14.983米和14.993米） 由于電磁波的頻率和波長各不相同，所以在我們周圍空間里存在著形形色色的電磁波。按照課本上的圖表，介紹無線電通信所用的電磁波（也叫無線電波）的幾個波段。

3.有關電磁波的物理知識

定義 從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是高于絕對零度的物體，都會釋出電磁波。

正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，除光波外，人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波就是這樣一位人類素未謀面的“朋友”。

產生 電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，變化的電場會產生磁場（即電流會產生磁場），變化的磁場則會產生電場。

變化的電場和變化的磁場構成了一個不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場，而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波，電磁的變動就如同微風輕拂水面產生水波一般，因此被稱為電磁波，也常稱為電波。性質 電磁波頻率低時，主要借由有形的導電體才能傳遞。

原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有能量輻射出去；電磁波頻率高時即可以在自由空間內傳遞，也可以束縛在有形的導電體內傳遞。在自由空間內傳遞的原因是在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。

舉例來說，太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們仍然能感受到和煦陽光的光與熱，這就好比是“電磁輻射借由輻射現象傳遞能量”的原理一樣。 電磁波為橫波。

電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強度與距離的平方成反比，波本身帶動能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。

其速度等于光速c（每秒3*10八次方米）。在空間傳播的電磁波，距離最近的電場（磁場）強度方向相同，其量值最大兩點之間的距離，就是電磁波的波長λ，電磁每秒鐘變動的次數便是頻率f。

三者之間的關系可通過公式c=λf。 電磁波的傳播不需要介質，同頻率的電磁波，在不同介質中的速度不同。

不同頻率的電磁波，在同一種介質中傳播時，頻率越大折射率越大，速度越小。且電磁波只有在同種均勻介質中才能沿直線傳播，若同一種介質是不均勻的，電磁波在其中的折射率是不一樣的，在這樣的介質中是沿曲線傳播的。

通過不同介質時，會發(fā)生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波的傳播有沿地面?zhèn)鞑サ牡孛娌?，還有從空中傳播的空中波以及天波。

波長越長其衰減也越少，電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播。 機械波與電磁波都能發(fā)生折射、反射、衍射、干涉，因為所有的波都具有波粒兩象性.折射、反射屬于粒子性； 衍射、干涉為波動性。

能量 電磁波的能量大小由坡印廷矢量決定，即S=E*H，其中s為坡印庭矢量，E為電場強度，H為磁場強度。E、H、S彼此直構成右手螺旋關系；即由S代表單位時間流過與之垂直的單位面積的電磁能，單位是W/m2。

電磁波具有能量，電磁波是一種物質。 電磁波的計算 c=λf c：光速（這是一個常量，約等于3*10^8m/s） 單位：m/s f：頻率（單位：Hz,1MHz=1000kHz=1*10^6Hz） λ：波長（單位：m）電磁波的發(fā)現 1864年，英國科學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象的基礎上，建立了完整的電磁波理論。

他斷定電磁波的存在，推導出電磁波與光具有同樣的傳播速度。 1887年德國物理學家赫茲用實驗證實了電磁波的存在。

之后，1898年， 馬可尼又進行了許多實驗，不僅證明光是一種電磁波，而且發(fā)現了更多形式的電磁波，它們的本質完全相同，只是波長和頻率有很大的差別 電磁波譜 按照波長或頻率的順序把這些電磁波排列起來，就是電磁波譜。如果把每個波段的頻率由低至高依次排列的話，它們是工頻電磁波、無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。

以無線電的波長最長，宇宙射線的波長最短。 無線電波 3000米~0.3毫米。

（微波 0.1~100厘米） 紅外線 0.3毫米~0.75微米。（其中：近紅外為0.76~3微米，中紅外為3~6微米，遠紅外為6~15微米，超遠紅外為15~300微米） 可見光 0.7微米~0.4微米。

紫外線 0.4微米~10毫微米 X射線 10毫微米~0.1毫微米 γ射線 0.1毫微米~0.001毫微米 高能射線 小于0.001毫微米 傳真（電視）用的波長是3~6米；雷達用的波長更短，3米到幾毫米 電磁輻射危害 電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應、非熱效應和積累效應等。 熱效應：人體內70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作。

非熱效應：人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場即遭到破壞，人體正常循環(huán)機能會遭受破壞。 累積效應：熱效應和非熱效應作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復之前再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)或危及生命。

對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發(fā)想不到的病變，應引起警惕！ 各國科學家經過長期研究證明：長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、聽力下降、血壓異常、皮膚產生斑痘、粗。

4.電磁學知識

電磁學是研究電磁和電磁的相互作用現象，及其規(guī)律和應用的物理學分支學科。根據近代物理學的觀點，磁的現象是由運動電荷所產生的，因而在電學的范圍內必然不同程度地包含磁學的內容。所以，電磁學和電學的內容很難截然劃分，而“電學”有時也就作為“電磁學”的簡稱。

早期，由于磁現象曾被認為是與電現象獨立無關的，同時也由于磁學本身的發(fā)展和應用，如近代磁性材料和磁學技術的發(fā)展，新的磁效應和磁現象的發(fā)現和應用等等，使得磁學的內容不斷擴大，所以磁學在實際上也就作為一門和電學相平行的學科來研究了。

電磁學從原來互相獨立的兩門科學（電學、磁學）發(fā)展成為物理學中一個完整的分支學科，主要是基于兩個重要的實驗發(fā)現，即電流的磁效應和變化的磁場的電效應。這兩個實驗現象，加上麥克斯韋關于變化電場產生磁場的假設，奠定了電磁學的整個理論體系，發(fā)展了對現代文明起重大影響的電工和電子技術。

麥克斯韋電磁理論的重大意義，不僅在于這個理論支配著一切宏觀電磁現象（包括靜電、穩(wěn)恒磁場、電磁感應、電路、電磁波等等），而且在于它將光學現象統(tǒng)一在這個理論框架之內，深刻地影響著人們認識物質世界的思想。

電子的發(fā)現，使電磁學和原子與物質結構的理論結合了起來，洛倫茲的電子論把物質的宏觀電磁性質歸結為原子中電子的效應，統(tǒng)一地解釋了電、磁、光現象。

和電磁學密切相關的是經典電動力學，兩者在內容上并沒有原則的區(qū)別。一般說來，電磁學偏重于電磁現象的實驗研究，從廣泛的電磁現象研究中歸納出電磁學的基本規(guī)律；經典電動力學則偏重于理論方面，它以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎，研究電磁場分布，電磁波的激發(fā)、輻射和傳播，以及帶電粒子與電磁場的相互作用等電磁問題，也可以說，廣義的電磁學包含了經典電動力學。

公元前七世紀

發(fā)現磁石

管子（中國） thale（泰勒斯 希臘）

公元前二世紀

靜電吸引

西漢初年

1600年

《地磁論》論述磁并導入“電的”electric

William Gilbert（吉爾伯特）

英國女王的御臣

1745年

萊頓瓶

電容器的原形，存貯電

Pieter van musschenbrock

（穆欣布羅克 荷蘭萊頓）

Ewald Georg Von Kleit

（克萊斯特 德國）

1747年

電荷守恒定律

（正，負電的引入）

Benjamim Franktin

（富蘭克林 美國）

1754年

避雷針

（電的實際應用）

Procopius Dirisch

（狄維施）

1785年

庫侖定律

電磁學進入科學行列

Charles Auguste de Coulom

（庫侖 法國）

1799年

發(fā)明電池

提供較長時間的電流

Alessandro Graf Volta

（伏打 意大利）

1820年

電流的磁效應

（電產生磁）

安培分子電流說

畢奧-薩伐爾定律

Hans Chanstan Oersted

（奧斯特 丹麥）

Andre Marie Ampere

（安培 法國）

Jean-Baptute Biot,Felix Savart

（畢奧，薩伐爾）

1826年

歐姆定律

Georg Simon ohm（歐姆）

1831年

電磁感應現象

（磁產生電）

Michael Faraday

（法拉第 英國）

1834年

楞次定律

楞次

1865年

麥克斯韋方程組

建立了電磁學理論，

預言了電磁波

Maxwell（麥克斯韋）

1888年

實驗證實電磁波存在

Heinrich Hertz

（赫茲 德國）

1896年

光速公式

Hendrik Anoen Lorentz

（洛侖茲）

謝謝

5.光學和電磁波之間的關系是怎樣的

光學，研究光的性質及其和物質間的各種相互作用的學科。

光是電磁波， 雖然可見光的波長范圍在電磁波中只占很窄的一個波段，但是早在人們認識 到光是電磁波以前，人們就對光進行了研究。17世紀的科學家們對光的本質提出了兩種假說：一種假說認為光是由許 多微粒組成的；另一種假說認為光是一種波動。

19世紀在實驗中確定了光也 有類似于波的干涉現象，以后的實驗證明光是電磁波。20世紀初又發(fā)現光具 有粒子性，人們在深入研究微觀世界后，才認識到光具有波粒二象性。

光可以為物質所發(fā)射、吸收、反射、折射和衍射。當所研究的物體或空間的大小遠大于光波的波長時，光可以當作沿直線進行的光線來處理；但當研究深入到現象細節(jié)，其空間范圍和光波波長差不多大小的時候，就必須要考慮光的波動性。

而研究光和微觀粒子的相互作用時，還要考慮光的粒子性。光學方法是研究大至天體、小至微生物及分子、原子結構非常有效的方法。

利用光的干涉效應可以進行非常精密的測量。物質所放出來的光攜帶著關于物質內部結構的重要信息。

6.電磁場與電磁波理論 and 數學物理方法

基本的預備知識是麥克斯韋方程組中的四個方程所涉及的物理學定律。

庫倫定律，磁場和電場下的高斯定律，法拉第電磁感應定律，以及畢奧薩伐爾環(huán)流定律（后來擴展成了安培環(huán)流定律。）

物理學方面的基礎知識就是這些。

主要是數學方面的，

需要掌握微積分相關知識，以及矢量相關的幾個簡單的運算法則。

掌握一定的解微分方程，偏微分方程的方法（很對公式推導需要）。

基本上地磁場和電磁波理論方面的學習就需要這些了。

7.電磁學理論的基礎知識有哪些

【電動力學】研究電磁運動一般規(guī)律的科學。

它以麥克斯韋方程組和洛侖茲力公式為出發(fā)點，運用數學方法，結合有關物質結構的知識，建立完整的電磁理論，分別從宏觀和微觀的角度來闡明各種電磁現象。同量子理論結合又產生了量子電動力學。

【電子的發(fā)現】19世紀末，電學興起，這提供了破壞原子的方法。在低壓氣體下放電，原子被分為帶電的兩部分。

1897年，美國的湯姆遜在研究該兩部分電荷時，發(fā)現其一帶負電（稱為電子），而另一個較重要的部分則帶正電。這一事實說明原子不再是不可分割的。

1895年，德國的侖琴發(fā)現X光，接著貝克勒爾及居里夫婦相繼發(fā)現放射性元素。放射性元素就是可放出“某些東西”的原子。

這些東西后來被稱為α、β粒子，飛行很快。可穿透物質。

這一穿透能力很快應用于探討原子內部構造的工具，實驗結果有時粒子毫無阻礙地通過，有時則又發(fā)生猛烈的碰撞。用湯姆遜的原子模型不能解釋。

1911年盧瑟福為了解釋這一實驗結果，提出一個新的原子模型。他證明：原子中帶正電的部分必須集中于一個非常小而重的原子核里，而電子則如行星繞日般地圍著原子核轉動，原子核與電子間是有很大空隙的。

用這一模型算出的數值，證實了實驗結果?！緢龅牡釉怼咳绻粋€電場由n個點電荷共同激發(fā)時，那么電場中任一點的總場強將等于n個點電荷在該點各自產生場強的矢量和即【電力線】電力線是描述電場分布情況的圖像。

它是由一系列假想的曲線構成。曲線上各點的切線方向和該點的電場方向一致，曲線的疏密程度，跟該處的電場強度成正比。

電力線比較形象地表示出電場的強弱和方向。在靜電場中電力線從正電荷開始而終止于負電荷，不形成閉合線也不中斷。

在渦旋電場中，電力線是沒有起點和終點的閉合線。由于電場中的某一點只有一個電場方向，所以任何兩條電力線不能相交。

電力線上各點的電勢（電位）沿電力線方向不斷減小?！痉ɡ凇浚‵araday,Michel,1791~1867）法拉第是著名的英國物理學家和化學家。

他發(fā)現了電磁感應現象，這在物理學上起了重要的作用。1834年他研究電流通過溶液時產生的化學變化，提出了法拉第電解定律。

這一定律為發(fā)展電結構理論開辟了道路，也是應用電化學的基礎。1845年9月13日法拉第發(fā)現，一束平面偏振光通過磁場時發(fā)生旋轉，這種現象被稱為“法拉第效應”。

光既然與磁場發(fā)生相互作用，法拉第便認為光具有電磁性質。1852年他引進磁力線概念。

他主張電磁作用依靠充滿空間的力線傳遞，為麥克斯韋電磁理論開辟了道路，也是提出光的電磁波理論的先驅，他的很多成就都是很重要的、帶根本性的理論。他制造了世界上第一臺發(fā)電機。

所有現代發(fā)電機都是根據法拉第的原理制作的。法拉第還發(fā)現電介質的作用，創(chuàng)立了介電常數的概念。

后來電容的單位“法拉”就是用他的名字命名的。法拉第從小就熱愛科學，立志獻身于科學事業(yè)，終于成為了一個偉大的物理學家。

【麥克斯韋】Maxwell James Clerk英國物理學家（1831~1879）。阿伯丁的馬里查爾學院和倫敦皇家學院、劍橋大學教授，并且是著名的卡文迪什實驗室的奠基人。

皇家學會會員。在湯姆遜的影響下進行電磁學的研究，提出了著名的麥克斯韋方程式，這是電磁學中場的最基本的理論。

麥克斯韋從理論上計算出電磁波傳播速度等于光速，他認為：光就是電磁波的一種形態(tài)。對于統(tǒng)計力學、氣體分子運動論的建立也作出了貢獻。

引進了氣體分子的速度分布律以及分子之間相互碰撞的平均自由程的概念。著有《論法拉第力線》、《論物理力線》、《電磁場運動論》、《論電和磁》、《氣體運動論的證明》、《氣體運動論》。

還著有《熱理論》、《物質與運動》等教科書?！境嘧饔谩恳恍┰缙诘慕浀湮锢韺W者認為對于不相接觸的物體間發(fā)生相互作用，如兩電荷之間的作用力以及物體之間的萬有引力都是所謂的“超距作用力”。

這種力與存在于兩物體間的物質無關，而是以無限大速度在兩物體間直接傳遞的。但是，電磁場的傳播速度等于光速的這一事實說明電的作用力和電場的傳播速度是有限的。

因此“超距作用”論便自然被否定了。實際上，電磁場就是物質的一種形態(tài)，因此不需借助其他物質傳遞。

【導體】在外電場作用下能很好地傳導電流的物體叫做導體。導體之所以能導電，是由于它具有大量的可以自由移動的帶電粒子（自由電子、離子等）。

電導率在102（歐姆·厘米）-1以上的固體（如金屬），以及電解液等都是導體。金屬和電解液分別依靠自由電子和正負離子起導電作用。

【自由電荷】存在于物質內部，在外電場作用下能夠自由運動的正負電荷。金屬導體中的自由電荷是帶負電的電子，因為金屬原子中的外層電子與原子核的聯系很弱，在其余原子的作用下會脫離原來的原子而在整塊金屬中自由運動，在沒有外電場時這種運動是雜亂無章的，因此不會形成電流。

在外電場作用下，電子能按一定方向流動而形成電流。電解液或氣體中的離子也都是自由電荷。

【束縛電荷】電介質中的分子在電結構方面的特征是原子核對電子有很大的束縛力，即使在外電場的作用下，這些電荷也只能在微觀范圍有所偏離。但它。

8.《電磁場與電磁波》考試大綱有哪些

《電磁場與電磁波》考試大綱 一、矢量分析基礎 1。

矢量的基本代數運算； 2。 標量場的梯度、矢量場的散度、旋度的物理意義及運算，散度定理和斯托克斯定理的意義及應用； 3。

亥姆霍茲定理的內容及意義。 二、電磁場的基本規(guī)律 1.靜電場、恒定電流場及恒定磁場的基本性質和基本方程（微分形式、積分形式、邊界形式及本構關系）； 2。

麥克斯韋方程組（微分形式、積分形式及邊界形式）； 3。 時變電磁場的矢量位、標量位、達朗貝爾方程； 4。

時變電磁場的電磁能量密度和能流密度矢量； 5。 時變電磁場的坡印廷定理，波動方程。

三、靜態(tài)場及其邊值問題的解 1.靜態(tài)場中基本物理量的求解； 2。 靜態(tài)場中的位函數（標量電、磁位及矢量磁位）及其微分方程； 3.鏡像法； 4.直角坐標、柱坐標及球坐標中的分離變量法； 5.電阻、電容及電感等電路參數的計算； 6。

靜態(tài)場的能量及其計算。 四、平面電磁波 1.時諧場及其復矢量表示法； 2。

波阻抗及平面電磁波的極化； 3.平面電磁波在理想介質和導電媒質中的傳播規(guī)律； 4.平面電磁波在兩種不同媒質平面分界面上的反射和透射規(guī)律； 5.平面電磁波垂直入射到多層媒質平面分界面上的問題。 五、電磁波輻射 1.達朗貝爾方程的解及其物理意義； 2.電偶極子的輻射特性； 3.電與磁的對偶性及磁偶極子的輻射特性； 4。

天線的基本參數。 參考書目： 《電磁場與電磁波》，謝處方等編，高等教育出版社，2006。