高中物理第三章電磁振蕩與電磁波第二節(jié)電磁場(chǎng)與電磁波學(xué)案含解析粵教版選修

1、第二節(jié)電磁場(chǎng)與電磁波學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1能說出麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的主要內(nèi)容2能說出電磁波的特點(diǎn)及其與機(jī)械波的異同3能說出麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的重要地位重點(diǎn)：1對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解2電磁波的特點(diǎn)難點(diǎn)：對(duì)電磁場(chǎng)理論的進(jìn)一步推斷一、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本思想變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)是一種普遍存在的現(xiàn)象；變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)是一種普遍存在的現(xiàn)象二、電磁波的產(chǎn)生及其特點(diǎn)1電磁場(chǎng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一體，這就是電磁場(chǎng)2電磁波的產(chǎn)生如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場(chǎng)，這個(gè)變化的電場(chǎng)就會(huì)在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)

2、在較遠(yuǎn)的空間引起周期性的電場(chǎng)這樣，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)就不局限于空間某區(qū)域而是由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播出去，電磁場(chǎng)這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成了電磁波3電磁波的特點(diǎn)（1）電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(gè)周期的時(shí)間，傳播一個(gè)波長(zhǎng)的距離，即其波長(zhǎng)，頻率f（或周期T）和波速v之間遵從波動(dòng)的一般關(guān)系：veq f(,T)f（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(wú)關(guān)電磁波在真空中的傳播速度等于光在真空中的傳播速度，即vc3.0108m/s（4）電磁波與機(jī)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

3、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(jī)械波的產(chǎn)生必須有產(chǎn)生振動(dòng)的振源和傳播振動(dòng)的介質(zhì)，電磁波與機(jī)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?yàn)殡姶挪ǖ膫鞑ナ且揽侩妶?chǎng)和磁場(chǎng)的相互“激發(fā)”，而不是依靠介質(zhì)的機(jī)械傳遞一、麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論1麥克斯韋根據(jù)什么現(xiàn)象認(rèn)為“變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”？關(guān)于“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”的觀點(diǎn)，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(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)”的假設(shè)（2）“變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)”是他相信自然規(guī)律和諧統(tǒng)一而假設(shè)的，他相信磁場(chǎng)

4、和電場(chǎng)有對(duì)稱之類他認(rèn)為：既然變化的磁場(chǎng)能夠在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，那么變化的電場(chǎng)也能夠在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)2麥克斯韋關(guān)于電磁場(chǎng)理論主要論點(diǎn)是什么？用麥克斯韋的電磁場(chǎng)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(chǎng)理論的兩大支柱是：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)（2）根據(jù)這兩個(gè)基本點(diǎn)，麥克斯韋進(jìn)一步推斷：如果在空間某處有變化的電場(chǎng)，那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)；這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)引起新的變化的電場(chǎng)，如此下去變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，從而形成由近及遠(yuǎn)傳播的電磁波3學(xué)生討論：按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系，不可分割的空間中

5、只要存在變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)），就一定能形成電磁場(chǎng)嗎？答案：不一定如果磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）均勻變化，其周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)），穩(wěn)定的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）周圍不能再產(chǎn)生磁場(chǎng)（或電場(chǎng)），不能形成電磁場(chǎng)；如果磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）是非均勻變化的，其周圍產(chǎn)生非均勻變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)），非均勻變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）周圍又產(chǎn)生非均勻變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）這樣變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）和變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）交替產(chǎn)生，從而形成電磁場(chǎng)某電路的電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，能發(fā)射電磁波的電場(chǎng)是哪一種（）點(diǎn)撥：變化的電場(chǎng)有均勻變化和非均勻變化之分，由此產(chǎn)生新的電場(chǎng)有穩(wěn)定和變化之分答案：D解析：圖A中電場(chǎng)不隨時(shí)間變化，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，圖B和圖C中

6、電場(chǎng)都隨時(shí)間做均勻變化，只能在周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，也不會(huì)產(chǎn)生和發(fā)射電磁波，圖D中電場(chǎng)隨時(shí)間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而這種磁場(chǎng)的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而交織成不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場(chǎng)，才能發(fā)射電磁波1在變化的磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的；而靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是不閉合的2恒定的電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)；恒定的磁場(chǎng)不產(chǎn)生電場(chǎng)3均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)；均勻變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)4周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)；周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng)二、電磁波與機(jī)械波的異同學(xué)生討論：電磁波和機(jī)械波一樣，能產(chǎn)生反射、折射

7、、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(jī)械波還有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？答案：（1）相同點(diǎn)：電磁波的波長(zhǎng)、頻率、波速關(guān)系與機(jī)械波一樣，滿足vf，Teq f(1,f)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(diǎn)：產(chǎn)生的機(jī)理不同：電磁波是電磁運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，是變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播；機(jī)械波是機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，是振動(dòng)這一運(yùn)動(dòng)形式在介質(zhì)中的傳播電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波必須有介質(zhì)才能傳播電磁波是橫波，電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向互相垂直且都與波的傳播方向垂直；機(jī)械波有橫波也有縱波電磁波波速比機(jī)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c3.

8、0108 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小電磁波向外傳播的是電磁能，機(jī)械波傳播的是機(jī)械能以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法中，不正確的是（）A機(jī)械波與電磁波本質(zhì)上是一致的B機(jī)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(jī)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(jī)械波由振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由周期性變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）產(chǎn)生，機(jī)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(jī)械波有橫波，也有縱波，而電磁波一定是橫波，故選項(xiàng)B

9、、C、D正確1電磁波和機(jī)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(jī)械波的產(chǎn)生機(jī)理不同兩種波有本質(zhì)的區(qū)別：（1）機(jī)械波只能在介質(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(jī)械波可能是橫波，也可能是縱波；電磁波一定是橫波（3）機(jī)械波的波速只由介質(zhì)決定，與振源無(wú)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(chǎng)理論，下列說法正確的是（）A穩(wěn)定的電場(chǎng)周圍能產(chǎn)生磁場(chǎng)B變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定也是變化的C均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定也是均勻變化的D振蕩電場(chǎng)周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)答案：D解析：穩(wěn)定的電場(chǎng)周圍不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，A錯(cuò)誤；均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生

10、穩(wěn)定的磁場(chǎng)，B、C錯(cuò)誤；振蕩電場(chǎng)周圍產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)，D正確2下列關(guān)于電磁波與機(jī)械波的說法正確的是（）A機(jī)械波和電磁波的傳播都需要介質(zhì)B機(jī)械波和電磁波都是橫波C機(jī)械波和電磁波都是傳播能量或信息的一種方式D公式vf都適用答案：CD解析：電磁波的傳播不需要介質(zhì)，A錯(cuò)誤；機(jī)械波有可能是縱波，B錯(cuò)誤；機(jī)械波和電磁波都是傳播能量或信息的方式，C正確；vf適用于一切波，D正確3電磁波從真空傳入水中時(shí)，下列說法正確的是（）A頻率不變，波速變大，波長(zhǎng)變長(zhǎng)B頻率不變，波速變小，波長(zhǎng)變短C波速不變，頻率變小，波長(zhǎng)變長(zhǎng)D波速不變，頻率變大，波長(zhǎng)變短答案：B解析：電磁波和機(jī)械波一樣，從真空傳入水中時(shí)，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(shí)波速變小，由vf知也變短，B正確4下列關(guān)于電磁場(chǎng)的說法中不正確的是（）A只要空間某處有變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就會(huì)在其周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而形成電磁波B任何變化的電場(chǎng)周圍一定有磁場(chǎng)C振蕩電場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，相互依存，形成不可分離的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)D電磁波的理論在先，實(shí)踐證明在后答案：A解析：任何變化的電場(chǎng)周圍一定有磁場(chǎng)，B正確；如