人教版選修34 第十四章 1 電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué)案.doc

1電磁波的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標1.知道麥克斯韋電磁場理論及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義.2.了解電磁波的基本特點、發(fā)現(xiàn)過程及傳播規(guī)律，知道電磁波與機械波的區(qū)別一、偉大的預(yù)言1變化的磁場產(chǎn)生電場(1)實驗基礎(chǔ)：如圖1所示，在變化的磁場中放一個閉合電路，電路里就會產(chǎn)生感應(yīng)電流圖1(2)麥克斯韋的見解：電路里感應(yīng)電流的產(chǎn)生，一定是變化的磁場產(chǎn)生了電場，自由電荷在電場的作用下發(fā)生了定向移動(3)實質(zhì)：變化的磁場產(chǎn)生了電場2變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋假設(shè)，既然變化的磁場能產(chǎn)生電場，那么變化的電場也會在空間產(chǎn)生磁場二、電磁波1電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠向周圍傳播，形成電磁波2電磁波是橫波：根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，電磁波在真空中傳播時，它的電場強度和磁感應(yīng)強度互相垂直，而且二者均與波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波3電磁波的速度：麥克斯韋指出了光的電磁本性，他預(yù)言電磁波的速度等于光速三、赫茲的電火花赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，為了紀念他，把頻率的單位定為赫茲即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)在電場周圍，一定存在著和它聯(lián)系著的磁場()(2)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場()(3)電磁波不能在真空中傳播()(4)電磁波是橫波()一、麥克斯韋電磁場理論導(dǎo)學(xué)探究(1)電子感應(yīng)加速器就是用來獲得高速電子的裝置，其基本原理如圖2所示，上、下為電磁鐵的兩個磁極，磁極之間有一個環(huán)形真空室，電磁鐵線圈中通入變化的電流，真空室中的帶電粒子就會被加速，其速率會越來越大請思考：帶電粒子受到什么力的作用而被加速？如果線圈中通以恒定電流會使粒子加速嗎？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？圖2(2)用導(dǎo)線將手搖發(fā)電機與水平放置的平行板電容器兩極相連，平行板電容器兩極板間的距離為4cm左右，在下極板邊緣放上幾個帶絕緣底座的可轉(zhuǎn)動小磁針，當搖動發(fā)電機給電容器充電或電容器放電時，小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，充電結(jié)束或放電結(jié)束后，小磁針靜止不動請思考：小磁針受到什么力的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動？這個現(xiàn)象告訴我們什么道理？答案(1)帶電粒子受到電場力作用做加速運動線圈中通入恒定電流時，帶電粒子不會被加速變化的磁場能產(chǎn)生電場(2)小磁針受到磁場力的作用而轉(zhuǎn)動變化的電場產(chǎn)生磁場知識深化對麥克斯韋電磁場理論的理解1變化的磁場產(chǎn)生電場(1)均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場(2)非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場(3)周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場2變化的電場產(chǎn)生磁場(1)均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場(2)非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場(3)周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場例1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，在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答案d解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，只有變化的電場能產(chǎn)生磁場，均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場，非均勻變化的電場才產(chǎn)生變化的磁場恒定的磁場不會產(chǎn)生電場，同樣，恒定的電場也不會產(chǎn)生磁場.針對訓(xùn)練某電路中電場隨時間變化的圖象如下列各圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是()答案d解析圖a中電場不隨時間變化，不會產(chǎn)生磁場；圖b和圖c中電場都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生恒定的磁場，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，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場，能發(fā)射電磁波二、電磁波導(dǎo)學(xué)探究如圖3所示是赫茲證明電磁波存在的實驗裝置，當接在高壓感應(yīng)圈上的兩金屬球間有電火花時，導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也會產(chǎn)生電火花，這是為什么？這個實驗證實了什么問題？圖3答案當a、b兩金屬球間產(chǎn)生電火花時就會產(chǎn)生變化的電磁場，這種變化的電磁場傳播到導(dǎo)線環(huán)時，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使導(dǎo)線環(huán)上兩小球間也會產(chǎn)生電火花這個實驗證實了電磁波的存在知識深化電磁波與機械波的比較機械波電磁波研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度e和磁感應(yīng)強度b隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播無需介質(zhì)，在真空中波速等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機理由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩激發(fā)(下節(jié)內(nèi)容)是橫波還是縱波可能是橫波，也可能是縱波橫波干涉和衍射可以發(fā)生干涉和衍射例2(多選)以下關(guān)于機械波與電磁波的說法中，正確的是()a機械波和電磁波，本質(zhì)上是一致的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bcd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，波速由介質(zhì)和自身的頻率共同決定；機械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，它們都能發(fā)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象，故選項b、c、d正確1(麥克斯韋電磁場理論)下列說法中正確的是()a任何變化的磁場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，振蕩磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場b任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場c任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場d電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場答案c解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場故選c.2(電磁波的特點)(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中，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)中的傳播速度均為3.0108m/sc電磁波由真空進入介質(zhì)傳播時，波長將變短d只要空間中某個區(qū)域有變化的電場或變化的磁場，就能產(chǎn)生電磁波答案ac解析電磁波在真空中的傳播速度為光速c3.0108m/s，且cf，從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，頻率不變，但速度、波長會變化電磁波仍具有波的特征，電磁波只有在真空中的速度才為3.0108 m/s，在其他介質(zhì)中的傳播速度小于3.0108m/s，只有交變的電場和磁場才能產(chǎn)生電磁波3(電磁波與機械波的比較)關(guān)于電磁波，下列敘述中正確的是()a電磁波在真空中的傳播速度遠小于真空中的光速b電磁波可以發(fā)生衍射現(xiàn)象c電磁波和機械波一樣依賴于介質(zhì)傳播d隨著科技的發(fā)展，可以實現(xiàn)利用機械波從太空向地球傳遞信息答案b解析電磁波在真空中的傳播速度等于真空中的光速，故a錯誤；電磁波屬于波的一種，能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象等波特有的現(xiàn)象，故b正確；電磁波能在真空中傳播，而機械波依賴于介質(zhì)傳播，不能在真空中傳播，故c、d錯誤考點一麥克斯韋電磁場理論1(多選)下列說法正確的是()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恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場c恒定電場能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場d均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場答案abd解析變化的磁場周圍產(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正確；電場按其是否隨時間變化分為恒定電場和變化的電場(如運動電荷形成的電場)，恒定電場不產(chǎn)生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應(yīng)磁場，故c錯誤，d正確；恒定電流周圍存在恒定磁場，b正確2(多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，以下敘述中正確的是()a教室中亮著的日光燈周圍空間必有磁場和電場b打點計時器工作時周圍必有磁場和電場c恒定的電場產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場激發(fā)恒定的電場d電磁波在傳播過程中，電場方向、磁場方向和傳播方向三者互相垂直答案abd3在下圖所示的四種磁場情況中能產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電場的是()答案c解析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中磁場隨時間做非均勻變化，則會產(chǎn)生非均勻變化的電場，故d錯誤4如圖1所示是空間磁感應(yīng)強度b隨時間t的變化圖象，在它周圍空間產(chǎn)生的電場中的某一點場強e應(yīng)()圖1a逐漸增強b逐漸減弱c不變d無法確定答案c解析由題圖可知，磁場均勻增強，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場，故場強e不變，選項c對5(多選)根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，變化的磁場可以產(chǎn)生電場當產(chǎn)生的電場的電場線如圖2所示時，可能是()圖2a向上方向的磁場在增強b向上方向的磁場在減弱c向上方向的磁場先增強，然后反向減弱d向上方向的磁場先減弱，然后反向增強答案ac解析在電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律中，當一個閉合電路中通過它的磁通量發(fā)生變化時，電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電路中并沒有電源，電流的產(chǎn)生是由于磁場的變化造成的麥克斯韋把以上的觀點推廣到不存在閉合電路的情況，即變化的磁場產(chǎn)生電場判斷電場與磁場變化的關(guān)系仍可利用楞次定律，只不過是用電場線方向代替了電流方向向上方向的磁場增強時，感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁場的增強而方向向下，根據(jù)安培定則知感應(yīng)電流方向如題圖中e的方向所示，選項a正確，b錯誤同理，當磁場反向即向下的磁場減弱時，也會得到如題圖中e的方向，選項c正確，d錯誤考點二電磁波6下列關(guān)于電磁波的說法，正確的是()a只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波b電場隨時間變化時，一定產(chǎn)生電磁波c做變速運動的電荷會產(chǎn)生電磁波d麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在答案c解析只有變化的電場和磁場，才能激發(fā)電磁波，而穩(wěn)定的電場和磁場不能產(chǎn)生電磁波，a錯誤；均勻變化的電場，產(chǎn)生恒定的磁場，但是恒定的磁場不能產(chǎn)生電場，故不能產(chǎn)生電磁波，b錯誤；做變速運動的電荷會在空間產(chǎn)生變化的電磁場，形成電磁波，c正確；赫茲證實了電磁波的存在，d錯誤7關(guān)于電磁理論，下列描述正確的是()a電磁場不是一種物質(zhì)b靜止的電荷能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場c穩(wěn)定的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場d變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)，由近及遠傳播形成電磁波答案d解析變化的電場和變化的磁場互相激發(fā)，由近及遠傳播形成電磁波，電磁場是一種客觀存在的物質(zhì)，故a錯誤，d正確；靜止的電荷周圍不能激發(fā)磁場，故b錯誤；穩(wěn)定的磁場不能產(chǎn)生電場，c錯誤8(多選)以下關(guān)于電磁波的說法中正確的是()a只要電場或磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波b電磁波傳播需要介質(zhì)c赫茲用實驗證實了電磁波的存在d電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨有能量向外傳遞的答案cd解析如果電場(或磁場)是均勻變化的，產(chǎn)生的磁場(或電場)是穩(wěn)定的，就不能再產(chǎn)生新的電場(或磁場)，也就不能產(chǎn)生電磁波；電磁波不同于機械波，它的傳播不需要介質(zhì)；赫茲用實驗證實了電磁波的存在；電磁波具有能量，它的傳播是伴隨有能量傳遞的故選c、d.9有關(guān)電磁波和聲波，下列說法錯誤的是()a電磁波的傳播不需要介質(zhì)，聲波的傳播需要介質(zhì)b由空氣進入水中傳播時，電磁波的傳播速度變小，聲波的傳播速度變大c電磁波是橫波，聲波也是橫波d由空氣進入水中傳播時，電磁波的波長變短，聲波的波長變長答案c解析電磁波本身就是一種物質(zhì)，它的傳播不需要介質(zhì)，而聲波的傳播需要介質(zhì)，故選項a正確；電磁波由空氣進入水中時，傳播速度變小，但聲波在水中的傳播速度比其在空氣中大，故選項b正確；電磁波的傳播方向與e、b的方向都垂直，是橫波，而聲波是縱波，故選項c錯誤；電磁波由空氣進入水中傳播時，波速變小，波長變短，而聲波由空氣進入水中傳播時，波速變大，波長變長，故選項d正確10聲吶(水聲測位儀)向水中發(fā)出的超