《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 1 電磁波的發(fā)現(xiàn)學(xué)案 新人教版選修1-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 1 電磁波的發(fā)現(xiàn)學(xué)案 新人教版選修1-1（6頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、一、電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.理解麥克斯韋的電磁場理論．(重點(diǎn)) 2．知道電磁波是如何形成的．(難點(diǎn)) 3．知道赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn)． 4．掌握電磁波的傳播速度．(重點(diǎn)) 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(shí)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(dāng)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

2、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(shí)驗(yàn) 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(yuǎn)地傳播，形成電磁波． (2)特點(diǎn) ①電磁波可以在真空中傳播． ②電磁波的傳播速度等于光速． ③光在本質(zhì)上是一種電磁波． ④光是以波動形式傳播的一種電磁振動． 2．赫茲的火花實(shí)驗(yàn) (1)赫茲首先捕捉到電磁波，在以后的一系列實(shí)驗(yàn)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

3、播速度c. (2)赫茲證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論． (3)赫茲被譽(yù)為無線電通信的先驅(qū)．后人為了紀(jì)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(shí)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(jī)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

4、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(dāng)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

5、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(jì)60年代，英國物理學(xué)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(diǎn)： 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

6、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(yuǎn)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(diǎn)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，

7、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(yuǎn)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(xiàng)正確．] 電磁波的特點(diǎn)及其與機(jī)械波的區(qū)別 1.電磁波的特點(diǎn) (1)電磁波是橫波，在傳播方向上，任意一點(diǎn)的E和B都隨時間按正弦規(guī)律變化，E和B彼此垂直

8、，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?yàn)殡姶挪ū旧砭褪且环N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)電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象． ①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． ②赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，并研究了電磁波的反射、

9、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(jī)械波的比較 電磁波 機(jī)械波 研究對象 電磁現(xiàn)象 力學(xué)現(xiàn)象 產(chǎn)生 由周期性變化的電場、磁場產(chǎn)生 由質(zhì)點(diǎn)(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

10、氣進(jìn)入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大 C．由空氣進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)上分析，A、B符合物理事實(shí)所以正確．根據(jù)v＝λf，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(xiàng)]　 (1)電磁波和機(jī)械波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，頻率都不變，但機(jī)械

11、波的傳播需要介質(zhì)，而電磁波的傳播不需要介質(zhì)． (2)v＝λf是機(jī)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(dú)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(xiàng)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(xiàng)錯誤；電磁波可以脫離“波源”而獨(dú)立存在，C選項(xiàng)正確；電磁波可以使電荷移動，說明電磁波具有能量

12、，電磁波傳播的過程，也就是能量傳播的過程，所以D選項(xiàng)正確．] 1．第一個用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電磁波客觀存在的科學(xué)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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

13、磁場簡單的復(fù)合．所以選項(xiàng)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(yuǎn)處傳播 B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為c C．電磁波在真空中傳播時，傳播速度為c D．光是一種電磁波 ACD　[電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，電磁波在真空中的傳播速度為c，故選項(xiàng)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 -