人教版選修1－1 4.1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 學案.doc

第 1 節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn) 學案【學習目標】1理解麥克斯韋電磁場理論的兩個支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場。了解變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場。2了解電磁場在空間傳播形成電磁波。3了解麥克斯韋電磁場理論和赫茲實驗在物理學發(fā)展中的地位。體會兩位科學家研究物理問題的思想方法?！緦W習指點】 知識點1電磁場理論的兩個基本要點、 變化的磁場產(chǎn)生電場，這種電場與不同于靜電場，是一種脫離電荷存在的漩渦電場。、 變化的電場產(chǎn)生磁場，因為麥克斯韋相信電場和磁場具有對稱之美，所以大膽假設。例題1 下列說法符合麥克斯韋電磁場理論的是（）a在電場周圍一定存在磁場b在磁場周圍一定存在電場c變化的磁場產(chǎn)生電場d變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場解析：穩(wěn)定磁場和電場周圍都不產(chǎn)生電場和磁場，故ab錯，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故d錯，答案為c知識點2 電磁波是怎樣產(chǎn)生的：如果在空間某處發(fā)生了周期性變化的電場，就會在空間引起周期性變化的磁場，這個周期性變化的磁場又會在較遠的空間引起新的周期性變化的電場，新的周期性變化的電場又會在更遠的空間引起新的周期性變化的磁場這樣，電磁場就由近及遠向周圍空間傳播開去，形成了電磁波。例2 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,下列說法中錯誤的是a、變化的電場可產(chǎn)生磁場b、均勻變化的電場可產(chǎn)生均勻變化的磁場c、振蕩電場能夠產(chǎn)生振蕩磁場d、振蕩磁場能夠產(chǎn)生振蕩電場解析：麥克斯韋電磁場理論的含義是變化的電場可產(chǎn)生磁場，而變化的磁場能產(chǎn)生電場；產(chǎn)生的場的形式由原的場的變化率決定，可由原場隨時間變化的圖線的切線斜率判斷,可見，均勻變化的電場的變化率恒定，產(chǎn)生不變的磁場，b說法錯誤；其余正確答案：acd知識點3對電磁波的認識、 麥克斯韋預言了電磁波的存在，非均勻變化的磁場（或電場）在將在空間由近及遠激發(fā)一系列電場和磁場。、 電磁波的特性，電磁波可以在真空中傳播，波速等于光速，具有能量。、 光是以波動形式傳播的一種電磁振動，即光是電磁波。、 電磁波的波長、頻率、波速三者之間的關系是： 此式為真空中傳播的電磁波各物理量之間的關系式。例題3 以下有關在真空中傳播的電磁波的說法正確的是 ( )a頻率越大，傳播的速度越大b頻率不同，傳播的速度相同c頻率越大，其波長越大d頻率不同, 傳播速度也不同解析：電磁波再真空中的傳播速度為光速c,與頻率無關。答案：b課堂練習：、下列關于電磁波的敘述中，正確的是： a.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播b.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速度均為3108 m/sc.電磁波由真空進入介質(zhì)時傳播時，波長將變短d.電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象 解析：電磁波和機械波既有相同的地方，也有不同之處，干涉和衍射現(xiàn)象是它們所共有的，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，但可以在介質(zhì)中傳播，機械波需要介質(zhì)，不能在真空中傳播。電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域由近及遠向四周傳播的，所以正確，電磁波在真空的傳播速度等于光速，為，當電磁波在某種介質(zhì)中傳播時，速度要減小，變?yōu)椋瑸樵摻橘|(zhì)的折射率，故錯誤。電磁波由真空進入某種介質(zhì)時，波長要改變，由，即在某種介質(zhì)中的波長要小于在真空中的波長，所以c正確，干涉和衍射是一切波具有的特性，當然電磁波也不例外，所以d是錯誤的。、關于電磁場和電磁波的正確說法是 ( )a電場和磁場總是相互聯(lián)系的，它們統(tǒng)稱為電磁場b電磁場由發(fā)生的區(qū)域向遠處的傳播形成電磁波c在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場d電磁波是一種波，聲波也是一種波，理論上它們是同種性質(zhì)的波動解析：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，聲波是一種機械波，需要介質(zhì)才能傳播。所以答案為?！疚锢砺健浚?.赫茲 (1857-1894) 簡介赫茲，德國物理學家，生于漢堡。早在少年時代就被光學和力學實驗所吸引。十九歲入德累斯頓工學院學工程，由于對自然科學的愛好，次年轉(zhuǎn)入柏林大學，在物理學教授亥姆霍茲指導下學習。1885年任卡爾魯厄大學物理學教授。1889年，接替克勞修斯擔任波恩大學物理學教授，直到逝世。赫茲對人類最偉大的貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。赫茲在柏林大學隨赫爾姆霍茲學物理時，受赫爾姆霍茲之鼓勵研究麥克斯韋電磁理論，當時德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時傳送的理論。因此赫茲就決定以實驗證實韋伯與麥克斯韋理論誰的正確。依照麥克斯韋理論，電擾動能輻射電磁波。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會產(chǎn)生振蕩原理，設計了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當感應線圈的電流突然中斷時，其感應高電壓使電火花隙之間產(chǎn)生火花。瞬間后，電荷便經(jīng)由電火花隙在鋅板間振蕩，頻率高達數(shù)百萬周。由麥克斯韋理論，此火花應產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設計了一簡單的檢波器探測此電磁波。他將一小段導線彎成圓形，線的兩端點間留有小電火花隙。因電磁波應在此小線圈上產(chǎn)生感應電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內(nèi)，檢波器距振蕩器10米遠，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)檢波器的電火花隙間確有小火花產(chǎn)生。赫茲在暗室遠端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板，入射波與反射波重疊應產(chǎn)生駐波，他也以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測加以證實。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實驗成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。赫茲在實驗時曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著名的演說中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號送到大西洋彼岸的美國。20世紀無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實驗不僅證實麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達的發(fā)展找到了途徑。1887年11月5日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為論在絕緣體中電過程引起的感應現(xiàn)象的論文中，總結(jié)了這個重要發(fā)現(xiàn)。接著，赫茲還通過實驗確認了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如反射、折射、衍射等，并且實驗了兩列電磁波的干涉，同時證實了在直線傳播時，電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。并且進一步完善了麥克斯韋方程組，使它更加優(yōu)美、對稱，得出了麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式。此外，赫茲又做了一系列實驗。他研究了紫外光對火花放電的影響，發(fā)現(xiàn)了光電效應，即在光的照射下物體會釋放出電子的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)，后成了愛因斯坦建立光量子理論的基礎。1888年1月，赫茲將這些成果總結(jié)在論動電效應的傳播速度一文中。赫茲實驗公布后，轟動了全世界的科學界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。1888年，成了近代科學史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術的新紀元。赫茲對人類文明作出了很大貢獻，正當人們對他寄以更大期望時，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀念他的功績，人們用他的名字命名各種波動頻率的單位，簡稱“赫”。赫茲也是是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動重復次數(shù)的計量。赫茲的名字自于德國物理學家海因里希魯?shù)婪蚝掌?。其符號是hz。2、赫茲的缺憾赫茲對于物理現(xiàn)象的敏銳洞察力，自對基本理論的深入理解。赫茲在實驗室里檢查儀器時，偶然觀察到感應線圈放電時產(chǎn)生的電火花，立即想到電火花的跳躍實質(zhì)是電荷在做間斷快速振動引起的，根據(jù)麥克斯韋的理論，快速振動的電荷，必定在周圍空間激起電磁波。在這個思想的引導下，赫茲設計了如課本圖的實驗裝置，其中圓形開口狀接收器顯然是根據(jù)電磁感應現(xiàn)象設計出的，導線環(huán)成了電磁波的檢驗器。結(jié)果正如赫茲設想的那樣，實驗獲得了成功。電磁波從感應圈通過空間傳到了導線環(huán)，總需要一定時間，因此第二個火花比第一個火花必定有一定延遲，即檢測器的火花和感應圈的火花不可能同時出現(xiàn)。在第一次觀察到感應火花的兩年后，年