2019-2020學年高中物理 第4章 1 電磁波的發(fā)現(xiàn)學案 新人教版選修1-1

一、電磁波的發(fā)現(xiàn)學 習 目 標知 識 脈 絡(luò)1.理解麥克斯韋的電磁場理論(重點)2知道電磁波是如何形成的(難點)3知道赫茲實驗在物理學發(fā)展中的貢獻4掌握電磁波的傳播速度(重點)一、麥克斯韋的電磁場理論1變化的磁場產(chǎn)生電場(1)在變化的磁場中放一個閉合的電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路里會產(chǎn)生感應(yīng)電流這個現(xiàn)象的實質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了電場(2)即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣在空間產(chǎn)生電場2變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場也相當于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場在空間產(chǎn)生磁場3麥克斯韋不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一二、電磁波及赫茲的火花實驗1電磁場(1)如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場，那么這個變化的電場就在空間引起變化的磁場， 這個變化的磁場又會引起新的變化的電場和磁場于是，變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠地傳播，形成電磁波(2)特點電磁波可以在真空中傳播電磁波的傳播速度等于光速光在本質(zhì)上是一種電磁波光是以波動形式傳播的一種電磁振動2赫茲的火花實驗(1)赫茲首先捕捉到電磁波，在以后的一系列實驗中，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)他還測得，電磁波在真空中具有與光相同的傳播速度c.(2)赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論(3)赫茲被譽為無線電通信的先驅(qū)后人為了紀念他，把頻率的單位定為赫茲1思考判斷(1)均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場(×)(2)均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場()(3)穩(wěn)定的電場也能產(chǎn)生變化的磁場(×)(4)電磁波的傳播不需要介質(zhì)()(5)赫茲證實了麥克斯韋的電磁場理論()(6)電磁波的傳播不需要介質(zhì)，機械波的傳播也不需要介質(zhì)(×)2(多選)關(guān)于電磁場理論的敘述正確的是()A變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關(guān)B周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場C變化的電場和變化的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的場，即電磁場D電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場AB變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流若無閉合回路，電場仍然存在，A對；若形成電磁場必須有周期性變化的電場和磁場，B對，C、D錯3在下圖所示的四種磁場情況中能產(chǎn)生恒定的感生電場的是()C由電磁場理論，結(jié)合圖象，則有：A中磁場不變，則不會產(chǎn)生電場，故A錯誤；B中磁場方向變化，而大小不變，則不會產(chǎn)生恒定的電場，故B錯誤；C中磁場隨著時間均勻變化，則會產(chǎn)生恒定的電場，故C正確；D中磁場隨著時間非均勻變化，則會產(chǎn)生非均勻變化的電場，故D錯誤麥克斯韋的電磁場理論的理解19世紀60年代，英國物理學家麥克斯韋總結(jié)前人對電磁規(guī)律的研究成果，建立了完善的電磁場理論，并預(yù)言了電磁波的存在，其主要內(nèi)容為：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，要正確理解這個理論需要明確以下幾點：1變化的磁場產(chǎn)生電場：均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，周期性變化的振蕩磁場能產(chǎn)生同周期性的振蕩電場，這條理論的基礎(chǔ)是法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象2變化的電場產(chǎn)生磁場：均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，周期性變化的振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場，這一條是麥克斯韋的一個偉大的預(yù)言3不均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場4變化的電場和磁場相互聯(lián)系，形成一個統(tǒng)一的場，就是電磁場，而電磁場由近及遠地向周圍空間傳播形成電磁波5電場、磁場的變化關(guān)系：【例1】有關(guān)電磁場理論的下列說法中，正確的是()A任何變化的磁場都要在空間產(chǎn)生變化的電場B任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場C任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場D電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場思路點撥：根據(jù)麥克斯韋電磁場理論的內(nèi)容理解判斷C根據(jù)麥克斯韋理論，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生的電場是穩(wěn)定的，故A錯同理，并不是任何電場都會在周圍空間產(chǎn)生磁場，故B錯電場和磁場并不總是相互聯(lián)系著的，例如，靜止電荷周圍只有靜電場，靜止磁體周圍只有穩(wěn)定的磁場只有變化的電場和變化的磁場才能形成一個不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場，故D錯1某閉合電路的電流或電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示，能發(fā)射電磁波的是()C非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，非均勻變化的磁場再產(chǎn)生變化的電場，從而形成電磁場，電磁場由近及遠地傳播，形成電磁波，故要求電流或電壓是變化的，但不能是均勻變化的，C項正確電磁波的特點及其與機械波的區(qū)別1.電磁波的特點(1)電磁波是橫波，在傳播方向上，任意一點的E和B都隨時間按正弦規(guī)律變化，E和B彼此垂直，且與電磁波的傳播方向垂直(2)電磁場中儲存電磁能，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程(3)只有周期性變化的電場和磁場相互激發(fā)才能形成電磁波(4)電磁波可以在真空中傳播，因為電磁波本身就是一種物質(zhì)場物質(zhì)，所以傳播時不再需要其他介質(zhì)任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都等于光在真空中的速度，即c3.0×108 m/s，電磁波傳播雖然不需要介質(zhì)，但在其他介質(zhì)中的速度都比在真空中的小(5)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象麥克斯韋不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一赫茲用實驗證明了電磁波的存在，并研究了電磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì)，測出了電磁波在真空中的傳播速度與光速c相同2電磁波與機械波的比較電磁波機械波研究對象電磁現(xiàn)象力學現(xiàn)象產(chǎn)生由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生縱、橫波橫波縱波或橫波波速在真空中等于光速波速由傳播介質(zhì)決定，在空氣中很小(如聲波為340 m/s)是否需要介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)【例2】(多選)電磁波和聲波相比較，下列說法正確的是()A電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)B由空氣進入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大C由空氣進入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大D電磁波和聲波在介質(zhì)中的傳播速度，都是由介質(zhì)決定的，與頻率無關(guān)思路點撥：波速公式形式相同，但波速不同，波傳播過程中頻率不變ABC此題考查電磁波和聲波的區(qū)別，可從它們的特點上分析，A、B符合物理事實所以正確根據(jù)vf，電磁波速度變小，頻率不變，波長變??；聲波速度變大，頻率不變，波長變大，所以C正確電磁波在介質(zhì)中的速度，與介質(zhì)有關(guān)，也與頻率有關(guān)，在同一介質(zhì)中頻率越大，波速越小，所以D錯誤注意事項(1)電磁波和機械波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，頻率都不變，但機械波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波的傳播不需要介質(zhì)(2)vf是機械波和電磁波都能用的公式2(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是()A只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波B電磁波的傳播需要介質(zhì)C停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波仍能獨立存在D電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的CD要想產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，變化的電場(或磁場)產(chǎn)生的磁場(或電場)必須是非均勻變化的，所以A選項錯誤；電磁波是物質(zhì)波，電磁波的傳播可以不需要介質(zhì)而在真空中傳播，B選項錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨立存在，C選項正確；電磁波可以使電荷移動，說明電磁波具有能量，電磁波傳播的過程，也就是能量傳播的過程，所以D選項正確1第一個用實驗驗證電磁波客觀存在的科學家是()A法拉第B奧斯特C赫茲 D麥克斯韋C麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實驗驗證了電磁波的存在，故C正確2關(guān)于電磁場，下列說法中不正確的是()A在一個磁鐵旁放一帶電體，則兩者周圍空間就形成了電磁場B電磁場既不同于靜電場，也不同于靜磁場C電磁場中的電場和磁場是不可分割的一個統(tǒng)一體 D電磁場中的電場的變化頻率和磁場的變化頻率是相同的A電磁場是變化的電場和變化的磁場形成的不可分割的統(tǒng)一場，而不是靜電場和靜磁場簡單的復合所以選項A錯3(多選)下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()A電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠處傳播B電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為cC電磁波在真空中傳播時，傳播速度為cD光是一種電磁波ACD電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠處傳播，電磁波在真空中的傳播速度為c，故選項A、C、D正確4關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是()A在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場B在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場C均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場D根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的電場周圍才能產(chǎn)生磁場，所以A錯，而非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，均勻變化的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，所以B、C錯- 6 -