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高中物理 第三章 電磁振蕩與電磁波 第二節(jié) 電磁場與電磁波學(xué)案(含解析)粵教版選修3-4

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1、 第二節(jié) 電磁場與電磁波 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點難點 1.能說出麥克斯韋電磁場理論的主要內(nèi)容. 2.能說出電磁波的特點及其與機械波的異同. 3.能說出麥克斯韋電磁場理論的重要地位. 重點:1.對麥克斯韋電磁場理論的理解. 2.電磁波的特點. 難點:對電磁場理論的進一步推斷. 一、麥克斯韋電磁場理論的基本思想 變化的磁場周圍產(chǎn)生電場是一種普遍存在的現(xiàn)象; 變化的電場周圍產(chǎn)生磁場是一種普遍存在的現(xiàn)象. 二、電磁波的產(chǎn)生及其特點 1.電磁場 變化的磁場產(chǎn)生電場,變化的電場產(chǎn)生磁場,變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系,形成一個不可分離的統(tǒng)一體,這就是電磁場. 2.電磁波的

2、產(chǎn)生 如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場,這個變化的電場就會在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場;這個變化的磁場又會在較遠的空間引起周期性的電場……這樣,變化的電場和磁場就不局限于空間某區(qū)域.而是由近及遠地向周圍空間傳播出去,電磁場這樣由近及遠地傳播,就形成了電磁波. 3.電磁波的特點 (1)電磁波中電場和磁場相互垂直,電磁波在與兩者均垂直的方向傳播.因此,電磁波是橫波. (2)電磁波在空間以一定的速度傳播,經(jīng)過一個周期的時間,傳播一個波長的距離,即其波長λ,頻率f(或周期T)和波速v之間遵從波動的一般關(guān)系:v==λf. (3)電磁波的頻率即為電磁振蕩的頻率.由波源決定,與介質(zhì)無關(guān).電磁波

3、在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度,即v=c=3.0×108m/s. (4)電磁波與機械波一樣,也能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象,也是傳播能量的一種形式. (5)電磁波的傳播不需要借助任何介質(zhì),在真空中也能傳播. 預(yù)習(xí)交流 機械波的產(chǎn)生必須有產(chǎn)生振動的振源和傳播振動的介質(zhì),電磁波與機械波一樣,具有波的共性,電磁波的傳播是否必須有介質(zhì)? 答案:不是.電磁波的傳播不需要任何介質(zhì),在真空中也能傳播.因為電磁波的傳播是依靠電場和磁場的相互“激發(fā)”,而不是依靠介質(zhì)的機械傳遞. 一、麥克斯韋的電磁場理論 1.麥克斯韋根據(jù)什么現(xiàn)象認為“變化的磁場產(chǎn)生電場”?關(guān)于“變化的

4、電場產(chǎn)生磁場”的觀點,他是在什么情況下提出的? 答案:(1)麥克斯韋是在法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出“變化的磁場產(chǎn)生電場”的假設(shè). (2)“變化的電場產(chǎn)生磁場”是他相信自然規(guī)律和諧統(tǒng)一而假設(shè)的,他相信磁場和電場有對稱之類.他認為:既然變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場,那么變化的電場也能夠在空間產(chǎn)生磁場. 2.麥克斯韋關(guān)于電磁場理論主要論點是什么?用麥克斯韋的電磁場理論說明電磁波是怎樣產(chǎn)生的. 答案:(1)麥克斯韋關(guān)于電磁場理論的兩大支柱是:①變化的磁場產(chǎn)生電場,②變化的電場產(chǎn)生磁場. (2)根據(jù)這兩個基本點,麥克斯韋進一步推斷:如果在空間某處有變化的電場,那么這個變化的電場就在空間產(chǎn)生

5、變化的磁場;這個變化的磁場又會引起新的變化的電場,如此下去變化的電場和磁場交替產(chǎn)生,從而形成由近及遠傳播的電磁波. 3.學(xué)生討論:按照麥克斯韋的電磁場理論,變化的磁場產(chǎn)生電場,變化的電場產(chǎn)生磁場,變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系,不可分割的.空間中只要存在變化的磁場(或電場),就一定能形成電磁場嗎? 答案:不一定.如果磁場(或電場)均勻變化,其周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(或磁場),穩(wěn)定的電場(或磁場)周圍不能再產(chǎn)生磁場(或電場),不能形成電磁場;如果磁場(或電場)是非均勻變化的,其周圍產(chǎn)生非均勻變化的電場(或磁場),非均勻變化的電場(或磁場)周圍又產(chǎn)生非均勻變化的磁場(或電場)……這樣變化的磁場(或電

6、場)和變化的電場(或磁場)交替產(chǎn)生,從而形成電磁場. 某電路的電場隨時間變化的圖象如圖所示,能發(fā)射電磁波的電場是哪一種( ?。? 點撥:變化的電場有均勻變化和非均勻變化之分,由此產(chǎn)生新的電場有穩(wěn)定和變化之分. 答案:D 解析:圖A中電場不隨時間變化,不產(chǎn)生磁場,圖B和圖C中電場都隨時間做均勻變化,只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,也不會產(chǎn)生和發(fā)射電磁波,圖D中電場隨時間做不均勻的變化,能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場,而這種磁場的變化也是不均勻的,又能產(chǎn)生變化的電場,從而交織成不可分割的統(tǒng)一體,即形成電磁場,才能發(fā)射電磁波. 1.在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的;而靜電場中的

7、電場線是不閉合的. 2.恒定的電場不產(chǎn)生磁場;恒定的磁場不產(chǎn)生電場. 3.均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場;均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場. 4.周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場;周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場. 二、電磁波與機械波的異同 學(xué)生討論:電磁波和機械波一樣,能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象,是傳播能量的一種方式,能傳遞信息.除此之外,電磁波和機械波還有哪些相同點和不同點? 答案:(1)相同點:電磁波的波長、頻率、波速關(guān)系與機械波一樣,滿足v=λf,T=的關(guān)系,且傳播過程中頻率不變,波速由介質(zhì)決定. (2)不同點:①產(chǎn)生的機

8、理不同:電磁波是電磁運動產(chǎn)生的,是變化的電磁場在空間的傳播;機械波是機械運動產(chǎn)生的,是振動這一運動形式在介質(zhì)中的傳播. ②電磁波傳播不需要介質(zhì),機械波必須有介質(zhì)才能傳播. ③電磁波是橫波,電場方向和磁場方向互相垂直且都與波的傳播方向垂直;機械波有橫波也有縱波. ④電磁波波速比機械波波速大得多,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c=3.0×108 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?。? ⑤電磁波向外傳播的是電磁能,機械波傳播的是機械能. 以下關(guān)于機械波與電磁波的說法中,不正確的是( ?。? A.機械波與電磁波本質(zhì)上是一致

9、的 B.機械波的波速只與介質(zhì)有關(guān),而電磁波在介質(zhì)中的波速,不僅與介質(zhì)有關(guān),而且與電磁波的頻率有關(guān) C.機械波可能是縱波,而電磁波必定是橫波 D.它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射現(xiàn)象 答案:A 解析:機械波由振動產(chǎn)生,電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生,機械波是能量波,傳播需要介質(zhì),速度由介質(zhì)決定;電磁波是物質(zhì)波,傳播不需要介質(zhì).波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定,機械波有橫波,也有縱波,而電磁波一定是橫波,故選項B、C、D正確. 1.電磁波和機械波都屬于波,具有波的共性.都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象. 2.電磁波和機械波的產(chǎn)生機理不同.兩種波有本質(zhì)的區(qū)別: (1)機械波

10、只能在介質(zhì)中傳播;電磁波既能在介質(zhì)中傳播,又能在真空中傳播. (2)機械波可能是橫波,也可能是縱波;電磁波一定是橫波. (3)機械波的波速只由介質(zhì)決定,與振源無關(guān);電磁波的波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定. 1.關(guān)于電磁場理論,下列說法正確的是( ?。? A.穩(wěn)定的電場周圍能產(chǎn)生磁場 B.變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定也是變化的 C.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定也是均勻變化的 D.振蕩電場周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場 答案:D 解析:穩(wěn)定的電場周圍不能產(chǎn)生磁場,A錯誤;均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,B、C錯誤;振蕩電場周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場,D正確. 2.下列關(guān)于電磁

11、波與機械波的說法正確的是( ?。? A.機械波和電磁波的傳播都需要介質(zhì) B.機械波和電磁波都是橫波 C.機械波和電磁波都是傳播能量或信息的一種方式 D.公式v=λf都適用 答案:CD 解析:電磁波的傳播不需要介質(zhì),A錯誤;機械波有可能是縱波,B錯誤;機械波和電磁波都是傳播能量或信息的方式,C正確;v=λf適用于一切波,D正確. 3.電磁波從真空傳入水中時,下列說法正確的是(  ). A.頻率不變,波速變大,波長變長 B.頻率不變,波速變小,波長變短 C.波速不變,頻率變小,波長變長 D.波速不變,頻率變大,波長變短 答案:B 解析:電磁波和機械波一樣,從真空傳入水中時

12、,頻率不變,但電磁波在真空中傳播的速度最快,所以從真空傳入水中時波速變小,由v=λf知λ也變短,B正確. 4.下列關(guān)于電磁場的說法中不正確的是( ?。? A.只要空間某處有變化的電場或磁場,就會在其周圍產(chǎn)生電磁場,從而形成電磁波 B.任何變化的電場周圍一定有磁場 C.振蕩電場和振蕩磁場交替產(chǎn)生,相互依存,形成不可分離的統(tǒng)一體,即電磁場 D.電磁波的理論在先,實踐證明在后 答案:A 解析:任何變化的電場周圍一定有磁場,B正確;如果電場或磁場均勻變化,則不能產(chǎn)生電磁場,A錯誤;振蕩電場和振蕩磁場交替產(chǎn)生,形成電磁場,C正確;麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,赫茲通過實驗證明了電磁波的存在,D正確. 5.雷雨天氣,從收音機中會不斷地傳出很響的“咔嚓”聲,這是為什么? 答案:雷雨天形成閃電時會發(fā)出很強的電磁波,收音機接收到后會感應(yīng)出電流,使揚聲器發(fā)出聲響,形成很響的“咔嚓”聲. 4

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