人教版選修1－1 4.1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué)案.docVIP

第 1 節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。了解變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。2了解電磁場(chǎng)在空間傳播形成電磁波。3了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論和赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的地位。體會(huì)兩位科學(xué)家研究物理問(wèn)題的思想方法?！緦W(xué)習(xí)指點(diǎn)】 知識(shí)點(diǎn)1電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本要點(diǎn)、 變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，這種電場(chǎng)與不同于靜電場(chǎng)，是一種脫離電荷存在的漩渦電場(chǎng)。、 變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因?yàn)辂溈怂鬼f相信電場(chǎng)和磁場(chǎng)具有對(duì)稱之美，所以大膽假設(shè)。例題1 下列說(shuō)法符合麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的是（）a在電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng)b在磁場(chǎng)周圍一定存在電場(chǎng)c變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)d變化的電場(chǎng)一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)解析：穩(wěn)定磁場(chǎng)和電場(chǎng)周圍都不產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，故ab錯(cuò)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，故d錯(cuò)，答案為c知識(shí)點(diǎn)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(chǎng)，就會(huì)在空間引起周期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)周期性變化的磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起新的周期性變化的電場(chǎng)，新的周期性變化的電場(chǎng)又會(huì)在更遠(yuǎn)的空間引起新的周期性變化的磁場(chǎng)這樣，電磁場(chǎng)就由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開(kāi)去，形成了電磁波。例2 根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是a、變化的電場(chǎng)可產(chǎn)生磁場(chǎng)b、均勻變化的電場(chǎng)可產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)c、振蕩電場(chǎng)能夠產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng)d、振蕩磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生振蕩電場(chǎng)解析：麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的含義是變化的電場(chǎng)可產(chǎn)生磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)；產(chǎn)生的場(chǎng)的形式由原的場(chǎng)的變化率決定，可由原場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖線的切線斜率判斷,可見(jiàn)，均勻變化的電場(chǎng)的變化率恒定，產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，b說(shuō)法錯(cuò)誤；其余正確答案：acd知識(shí)點(diǎn)3對(duì)電磁波的認(rèn)識(shí)、 麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，非均勻變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）在將在空間由近及遠(yuǎn)激發(fā)一系列電場(chǎng)和磁場(chǎng)。、 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(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)，即光是電磁波。、 電磁波的波長(zhǎng)、頻率、波速三者之間的關(guān)系是： 此式為真空中傳播的電磁波各物理量之間的關(guān)系式。例題3 以下有關(guān)在真空中傳播的電磁波的說(shuō)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(zhǎng)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(wú)關(guān)。答案：b課堂練習(xí)：、下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是： a.電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)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(jìn)入介質(zhì)時(shí)傳播時(shí)，波長(zhǎng)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(jī)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(jī)械波需要介質(zhì)，不能在真空中傳播。電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域由近及遠(yuǎn)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(dāng)電磁波在某種介質(zhì)中傳播時(shí)，速度要減小，變?yōu)椋瑸樵摻橘|(zhì)的折射率，故錯(cuò)誤。電磁波由真空進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)要改變，由，即在某種介質(zhì)中的波長(zhǎng)要小于在真空中的波長(zhǎng)，所以c正確，干涉和衍射是一切波具有的特性，當(dāng)然電磁波也不例外，所以d是錯(cuò)誤的。、關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波的正確說(shuō)法是 ( )a電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，它們統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)b電磁場(chǎng)由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播形成電磁波c在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng)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(dòng)解析：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，聲波是一種機(jī)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(jiǎn)介赫茲，德國(guó)物理學(xué)家，生于漢堡。早在少年時(shí)代就被光學(xué)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)所吸引。十九歲入德累斯頓工學(xué)院學(xué)工程，由于對(duì)自然科學(xué)的愛(ài)好，次年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，在物理學(xué)教授亥姆霍茲指導(dǎo)下學(xué)習(xí)。1885年任卡爾魯厄大學(xué)物理學(xué)教授。1889年，接替克勞修斯擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授，直到逝世。赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時(shí)，受赫爾姆霍茲之鼓勵(lì)研究麥克斯韋電磁理論，當(dāng)時(shí)德國(guó)物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時(shí)傳送的理論。因此赫茲就決定以實(shí)驗(yàn)證實(shí)韋伯與麥克斯韋理論誰(shuí)的正確。依照麥克斯韋理論，電擾動(dòng)能輻射電磁波。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會(huì)產(chǎn)生振蕩原理，設(shè)計(jì)了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應(yīng)線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當(dāng)感應(yīng)線圈的電流突然中斷時(shí)，其感應(yīng)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(dá)數(shù)百萬(wàn)周。由麥克斯韋理論，此火花應(yīng)產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設(shè)計(jì)了一簡(jiǎn)單的檢波器探測(cè)此電磁波。他將一小段導(dǎo)線彎成圓形，線的兩端點(diǎn)間留有小電火花隙。因電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)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(yuǎn)，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(yuǎn)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(yīng)產(chǎn)生駐波，他也以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測(cè)加以證實(shí)。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長(zhǎng)，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測(cè)的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實(shí)驗(yàn)成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無(wú)上的光彩。赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見(jiàn)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(chǎng)平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場(chǎng)垂直于電場(chǎng)，且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著名的演說(shuō)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(kāi)始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號(hào)送到大西洋彼岸的美國(guó)。20世紀(jì)無(wú)線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無(wú)線電、電視和雷達(dá)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(guò)程引起的感應(yīng)現(xiàn)象的論文中，總結(jié)了這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。接著，赫茲還通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)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(shí)驗(yàn)了兩列電磁波的干涉，同時(shí)證實(shí)了在直線傳播時(shí)，電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。并且進(jìn)一步完善了麥克斯韋方程組，使它更加優(yōu)美、對(duì)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(shí)驗(yàn)。他研究了紫外光對(duì)火花放電的影響，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，即在光的照射下物體會(huì)釋放出電子的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)，后成了愛(ài)因斯坦建立光量子理論的基礎(chǔ)。1888年1月，赫茲將這些成果總結(jié)在論動(dòng)電效應(yīng)的傳播速度一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界。由法拉第開(kāi)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(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。赫茲對(duì)人類文明作出了很大貢獻(xiàn)，正當(dāng)人們對(duì)他寄以更大期望時(shí)，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀(jì)念他的功績(jī)，人們用他的名字命名各種波動(dòng)頻率的單位，簡(jiǎn)稱“赫”。赫茲也是是國(guó)際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動(dòng)重復(fù)次數(shù)的計(jì)量。赫茲的名字自于德國(guó)物理學(xué)家海因里希魯?shù)婪蚝掌?。其符?hào)是hz。2、赫茲的缺憾赫茲對(duì)于物理現(xiàn)象的敏銳洞察力，自對(duì)基本理論的深入理解。赫茲在實(shí)驗(yàn)室里檢查儀器時(shí)，偶然觀察到感應(yīng)線圈放電時(shí)產(chǎn)生的電火花，立即想到電火花的跳躍實(shí)質(zhì)是電荷在做間斷快速振動(dòng)引起的，根據(jù)麥克斯韋的理論，快速振動(dòng)的電荷，必定在周圍空間激起電磁波。在這個(gè)思想的引導(dǎo)下，赫茲設(shè)計(jì)了如課本圖的實(shí)驗(yàn)裝置，其中圓形開(kāi)口狀接收器顯然是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象設(shè)計(jì)出的，導(dǎo)線環(huán)成了電磁波的檢驗(yàn)器。結(jié)果正如赫茲設(shè)想的那樣，實(shí)驗(yàn)獲得了成功。電磁波從感應(yīng)圈通過(guò)空間傳到了導(dǎo)線環(huán)，總需要一定時(shí)間，因此第二個(gè)火花比第一個(gè)火花必定有一定延遲，即檢測(cè)器的火花和感應(yīng)圈的火花不可能同時(shí)出現(xiàn)。在第一次觀察到感應(yīng)火花的兩年后，年