师：同学们，今天我们学习高二粤教版物理第六章——电磁波及其应用。人类生活处处与波动相伴，像水的涟漪、音乐的律动，这些都是机械振动形成的机械波。而我们看电视、听广播接收的则是电磁波，我们就生活在电磁波的海洋里。除了无线电广播、电视广播，移动电话、卫星通讯、微波炉等，也都是依靠电磁波传递信息或能量。1895年，意大利无线电工程师马可尼利用电磁波成功实现无线电通信，揭开人类通信史新篇章。电磁波让信息传递更便捷，广播电视、移动通信等通信方式，让古代人顺风耳、千里眼的梦想成为现实。进入21世纪，Wifi、即时通信等新通信方式出现，带来电磁波应用的技术性革命，对我们生活产生巨大影响。
那么，电磁波是怎样被发现的呢？从奥斯特发现电流的磁效应，到法拉第发现电磁感应现象，再到麦克斯韦预言电磁波，最后由赫兹成功证实电磁波的存在，电磁波终于被人类揭开神秘面纱并加以利用。奥斯特发现电流的磁效应，即电生磁，电导线会在其周围产生磁场，能使小磁针发生偏转。法拉第发现电磁感应现象，即磁生电，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。
麦克斯韦系统总结电磁规律的研究，最终建立经典电磁场理论。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立第一个完整的电磁理论体系，不仅科学预言电磁波的存在，还揭示光、电、磁本质的统一性，完成物理学又一次大综合。这一理论成果奠定现代电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
在变化的磁场中放入闭合电路，电路会产生感应电流。麦克斯韦进一步思考，既然产生感应电流，必然有电场促使导体中自由电荷做定向运动，即使在变化的磁场中没有闭合电路，也会在空间产生电场。要注意，恒定的磁场不产生电场，均匀变化的磁场产生恒定的电场，不均匀变化的磁场产生变化的电场，周期性变化的振荡磁场产生同频率周期性变化的振荡电场。既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场能产生磁场吗？麦克斯韦坚信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美，他大胆假设变化的电场如同导线中的电流一样，会在空间产生磁场。同样要注意，恒定的电场不产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，周期性变化的振荡电场产生同频率周期性变化的振荡磁场。根据这两个基本观点，麦克斯韦推断，如果在空间某区域中有周期性变化的电场，就会在空间引起周期性变化的磁场，这个变化的磁场又会引起新的变化的电场，于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，一个伟大的预言诞生了——空间可能存在电磁波。
电磁场与电磁波的定义：变化的电场和变化的磁场构成一个不可分离的统一场，我们称之为电磁场，变化的电磁场在空间传播形成电磁波。机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质。根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度与磁感应强度相互垂直，且二者均与波的传播方向垂直，所以电磁波是横波。
电磁波以多大速度传播呢？麦克斯韦得出的答案令人惊奇，电磁波的速度等于光速c。麦克斯韦指出光的电磁本质，他说我们有充分理由断定光本身是按电磁波规律传播的一种电磁振动。在机械波中，位移这个物理量随时间和空间做周期性变化，而在电磁波中，电场强度E和磁感应强度B这两个物理量随时间和空间做周期性变化。麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言电磁波的存在，还揭示电磁波和光现象在本质上的统一，建立完整的电磁场理论。麦克斯韦电磁理论的意义足以与牛顿力学体系相媲美，是物理学发展史上的一个划时代里程碑。遗憾的是，麦克斯韦英年早逝，没看到科学实验对电磁场理论的证明。德国科学家赫兹把麦克斯韦的预言变成世人公认的真理。1886年，赫兹制作一套仪器，试图用它发射和接收电磁波。
仪器中有一对抛光的金属小球，两球之间有很小的空气间隙，两个球连接到能够产生高电压的感应线圈的两端。当两球之间放电时，看上去就是一个发出电火花的仪器。另一部分是弯成环状的导线，导线两端也安置两个金属小球，小球之间也有空隙。当把这个导线环放在离感应圈不太远的位置时，他观察到当感应圈两个金属间有电火花跳过时，导线环上的两个小球之间也有电火花跳过。这是一个令人振奋的现象。
当与感应圈相连的两个金属球间产生电火花时，周围空间出现迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙也产生火花。这说明这个导线环接收到了电磁波，电磁波从发射器到达了接收器。今天我们可以利用许多仪器更直观地观测到电磁波，请看下面的实验。
用导线把电池组、灯泡、绕在PVC管上的铜丝线圈连接成电路。将收音机放在回路附近，打开收音机，调节到MW波段，调节到没有电台节目的位置，将音量开大。用导线在铜线圈上滑动，我们看到灯泡断断续续地发光，收音机随之发出咔咔的声音；导线连接在铜线圈某处，灯泡发光，但不闪烁，收音机里也听不到咔咔声。实验说明电路中时断时续的电流产生了电磁波，被收音机捕捉到，而恒定的电流不发射电磁波。
赫兹又做一系列实验，他观察到电磁波的反射、折射等现象。他还测得电磁波在真空中的速度等于光速c，证明电磁波与光的统一性。这样，赫兹证实麦克斯韦的电磁场理论。赫兹的实验为无线电技术的发展开拓道路。后人为纪念他，把频率的单位定为赫兹。
根据电磁场理论，电磁场具有物质性，是一种特殊的物质形态。电磁场看不见、摸不着，没有固定的形状和体积。几个电磁场可以同时存在于同一个空间，这些都与由分子、原子组成的实物大不相同。那么电磁场到底是不是一种客观存在的物质呢？物质具有质量、能量，物质间可以相互作用，并遵守相应的守恒定律。
要证明电磁场是一种物质，需要检验电磁场是否具有以上所说的物质性。微波炉利用电磁波来加热食物，这说明电磁场具有能量。电磁场的转换就是电场能和磁场能的转换，因而，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，传播过程就是能量传播的过程，能量是电磁场物质性最有说服力的证据之一。俄国物理学家列别捷夫测量出光对被照射的物体有压力，用实验证明由电磁场理论预言的光压。在天文现象当中，彗尾就是太阳光的光压压迫彗星尘埃物质形成的。这表明电磁场具有与其他物质相互作用的属性。
电磁场虽然没有静止质量，但爱因斯坦提出的质能关系揭示出电磁场因具有能量而具有运动质量。光压现象也说明电磁场是有质量的，因为有质量的物质才能对其他物体表现出压力的作用。美国物理学家康普顿通过实验验证电磁场和电荷系统相互作用时遵守动量守恒定律和能量守恒定律。