无敌讲义：电磁波
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电磁波
• 电磁辐射原理 • 电磁波的传播 • 电磁波的发现 • 电磁波谱
电磁辐射原理
1. 静电场：静止不动的电荷在空间中产生不随时间而 改变的电场，称为“静电场”。
2. 静磁场：等速度移动的电荷或稳定的电流，在空间 中可产生不随时间而变的磁场，称为“静磁场”。
3. 时变电场与时变磁场：加速运动电荷或不稳定电流， 同时产生随时间而变的磁场与电场，马克士威推论 电场与磁场会构成“电磁波”，由波源向外传播。
例如，美国航天总署发射的精神号探测车，在 2004 年初降 落于火星的古稀伯（Gusev）陨石坑。这个陨石坑直径约200 公 里；而地理上常见的陨石坑直径则约为 20 米到 1 公里。火星 是太阳系中的行星，其表面的大气压力及重力加速度大约分别是 地球对应值的 0.006 和 0.4 倍。精神号的装备类似于地质探勘机 器人，主要是利用立体摄影机和红外线摄影机拍摄火星的地形影 像，再以无线电波传回地球。
3. 马可尼于 1901 年成功的传送无线电报，开 启无线通讯的时代。
电磁波谱（1/3）
• 各种电磁波的频率或真空中的波长之分布。
电磁波谱（2/3）
1. 无线电波（radio wave）：主要应用于无 线电视、无线广播、无线电通讯、雷达、 移动电话的讯号传播。
2. 微波：卫星通讯、家用微波炉。 3. 红外线：家用电器用品遥控器、物理治疗、
类题
范例 １９ 电磁波的应用(1/2)
․ 请阅读下列短文后，回答(1)、(2)题 人们对宇宙的探索，主要是靠观察星光。因为真空中的光速
是每秒三十万公里，我们所观察到的其实都是在稍早时间的天体 的形象。除了光波外，来自外层空间的辐射线还包括紫外线，以及 由高速的带电粒子所组成的宇宙射线等。对于较接近我们的太阳 系中的星体，科学家们也曾发射一些侦测器，以作更近距离的观 察。
类题
范例 １８ 电磁波分布图
• 如图为电磁波谱的示意图（未按比例），则图中 Q 为何种光？ (A)无线电波 (B)微波 (C) X 射线 (D)α射线 (E)β射线。
范例 １８ 解答
• 答 (C) •解
(A)无线电波波长较红外线长。 (B)微波波长较红外线长。 (C) X 射线波长较紫外线短，较 γ 射线长。 (D) α 射线的本质不是电磁波，而是氦原子核。 (E) β 射线的本质不是电磁波，而是电子。
红外线观测与摄影。 4. 可见光：刺激人类产生视觉。
电磁波谱（3/3）
5. 紫外线：紫外线可用来杀菌消毒。太阳辐射 中过量的紫外线对人体有害。
6. X 射线：可穿透肌肉，常用来作为医学上诊 断牙齿、骨骼的工具，另外也用于晶体结构 的研究。
7. γ 射线：具有极高的穿透力，常用于医学癌 症治疗上。
范例 １７ 电磁波的发现
电磁波的传播
4. 电磁波的传播方向，同时与电场、磁场方向垂直， 符合右手开掌定则。
◆电磁波的传播
◆右手开掌定则
电磁波的发现
1. 马克士威算出电磁波在真空中的传播速率 为 3×108 米／秒，即为光在真空中传播的 速率，因而可推论光波是一种电磁波。
2. 赫兹于 1888 年在实验室以简单的电荷装置 发射出电磁波，证实了马克士威的电磁理 论。
• 物理学的发展有赖科学家的努力，下列甲至丙所述为物 理学发展的重要里程碑： 甲：归纳出行星的运动遵循某些明确的规律 乙：从电磁场方程式推导出电磁波的速率 丙：波源与观察者间的相对速度会影响观察到波的频率 上述发展与各科学家的对应，最恰当的为下列哪一选项？
范例 １７ 解答
• 答 (E) •解
克卜勒行星三大运动定律：归纳出行星的运动 遵循某些明确的规律。都卜勒效应：波源与观 察者间的相对速度会影响观察到波的频率。马 克士威方程式：从电磁场方程式推导出电磁波 的速率。
范例 １９ 电磁波的应用(2/2)
(1) 上文提及的辐射线与光波中，哪一种不以光速传播？ (A)可见光 (B)宇宙射线 (C)紫外线 (D)无线电波。
(2) 当地球距离火星约为 6×107 公里时，精神号探测车将 火星表面影像利用无线电传播回地球，则地球上的科 学家须等待多久才能收到讯号？ (A) 2 分钟 (B) 20 分钟 (C) 2 秒 (D) 20 秒 (E) 200 秒。
․ 答 (1)(B) (2)(E)
․解
(1) (2)
宇宙射线是带电粒子 光速为 300000 km／s，
6×107 3×105
＝200（秒）
类题பைடு நூலகம்
• 电磁辐射原理 • 电磁波的传播 • 电磁波的发现 • 电磁波谱
电磁辐射原理
1. 静电场：静止不动的电荷在空间中产生不随时间而 改变的电场，称为“静电场”。
2. 静磁场：等速度移动的电荷或稳定的电流，在空间 中可产生不随时间而变的磁场，称为“静磁场”。
3. 时变电场与时变磁场：加速运动电荷或不稳定电流， 同时产生随时间而变的磁场与电场，马克士威推论 电场与磁场会构成“电磁波”，由波源向外传播。
例如，美国航天总署发射的精神号探测车，在 2004 年初降 落于火星的古稀伯（Gusev）陨石坑。这个陨石坑直径约200 公 里；而地理上常见的陨石坑直径则约为 20 米到 1 公里。火星 是太阳系中的行星，其表面的大气压力及重力加速度大约分别是 地球对应值的 0.006 和 0.4 倍。精神号的装备类似于地质探勘机 器人，主要是利用立体摄影机和红外线摄影机拍摄火星的地形影 像，再以无线电波传回地球。
3. 马可尼于 1901 年成功的传送无线电报，开 启无线通讯的时代。
电磁波谱（1/3）
• 各种电磁波的频率或真空中的波长之分布。
电磁波谱（2/3）
1. 无线电波（radio wave）：主要应用于无 线电视、无线广播、无线电通讯、雷达、 移动电话的讯号传播。
2. 微波：卫星通讯、家用微波炉。 3. 红外线：家用电器用品遥控器、物理治疗、
类题
范例 １９ 电磁波的应用(1/2)
․ 请阅读下列短文后，回答(1)、(2)题 人们对宇宙的探索，主要是靠观察星光。因为真空中的光速
是每秒三十万公里，我们所观察到的其实都是在稍早时间的天体 的形象。除了光波外，来自外层空间的辐射线还包括紫外线，以及 由高速的带电粒子所组成的宇宙射线等。对于较接近我们的太阳 系中的星体，科学家们也曾发射一些侦测器，以作更近距离的观 察。
类题
范例 １８ 电磁波分布图
• 如图为电磁波谱的示意图（未按比例），则图中 Q 为何种光？ (A)无线电波 (B)微波 (C) X 射线 (D)α射线 (E)β射线。
范例 １８ 解答
• 答 (C) •解
(A)无线电波波长较红外线长。 (B)微波波长较红外线长。 (C) X 射线波长较紫外线短，较 γ 射线长。 (D) α 射线的本质不是电磁波，而是氦原子核。 (E) β 射线的本质不是电磁波，而是电子。
红外线观测与摄影。 4. 可见光：刺激人类产生视觉。
电磁波谱（3/3）
5. 紫外线：紫外线可用来杀菌消毒。太阳辐射 中过量的紫外线对人体有害。
6. X 射线：可穿透肌肉，常用来作为医学上诊 断牙齿、骨骼的工具，另外也用于晶体结构 的研究。
7. γ 射线：具有极高的穿透力，常用于医学癌 症治疗上。
范例 １７ 电磁波的发现
电磁波的传播
4. 电磁波的传播方向，同时与电场、磁场方向垂直， 符合右手开掌定则。
◆电磁波的传播
◆右手开掌定则
电磁波的发现
1. 马克士威算出电磁波在真空中的传播速率 为 3×108 米／秒，即为光在真空中传播的 速率，因而可推论光波是一种电磁波。
2. 赫兹于 1888 年在实验室以简单的电荷装置 发射出电磁波，证实了马克士威的电磁理 论。
• 物理学的发展有赖科学家的努力，下列甲至丙所述为物 理学发展的重要里程碑： 甲：归纳出行星的运动遵循某些明确的规律 乙：从电磁场方程式推导出电磁波的速率 丙：波源与观察者间的相对速度会影响观察到波的频率 上述发展与各科学家的对应，最恰当的为下列哪一选项？
范例 １７ 解答
• 答 (E) •解
克卜勒行星三大运动定律：归纳出行星的运动 遵循某些明确的规律。都卜勒效应：波源与观 察者间的相对速度会影响观察到波的频率。马 克士威方程式：从电磁场方程式推导出电磁波 的速率。
范例 １９ 电磁波的应用(2/2)
(1) 上文提及的辐射线与光波中，哪一种不以光速传播？ (A)可见光 (B)宇宙射线 (C)紫外线 (D)无线电波。
(2) 当地球距离火星约为 6×107 公里时，精神号探测车将 火星表面影像利用无线电传播回地球，则地球上的科 学家须等待多久才能收到讯号？ (A) 2 分钟 (B) 20 分钟 (C) 2 秒 (D) 20 秒 (E) 200 秒。
․ 答 (1)(B) (2)(E)
․解
(1) (2)
宇宙射线是带电粒子 光速为 300000 km／s，
6×107 3×105
＝200（秒）
类题பைடு நூலகம்