2019-2020学年高中物理 第4章 1 电磁波的发现学案 新人教版选修1-1

一、电磁波的发现学 习 目 标知 识 脉 络1.理解麦克斯韦的电磁场理论(重点)2知道电磁波是如何形成的(难点)3知道赫兹实验在物理学发展中的贡献4掌握电磁波的传播速度(重点)一、麦克斯韦的电磁场理论1变化的磁场产生电场(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场(2)即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样在空间产生电场2变化的电场产生磁场变化的电场也相当于一种电流，也在空间产生磁场，即变化的电场在空间产生磁场3麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一二、电磁波及赫兹的火花实验1电磁场(1)如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场， 这个变化的磁场又会引起新的变化的电场和磁场于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，形成电磁波(2)特点电磁波可以在真空中传播电磁波的传播速度等于光速光在本质上是一种电磁波光是以波动形式传播的一种电磁振动2赫兹的火花实验(1)赫兹首先捕捉到电磁波，在以后的一系列实验中，证明了电磁波与光具有相同的性质他还测得，电磁波在真空中具有与光相同的传播速度c.(2)赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论(3)赫兹被誉为无线电通信的先驱后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹1思考判断(1)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场()(2)均匀变化的电场产生稳定的磁场()(3)稳定的电场也能产生变化的磁场()(4)电磁波的传播不需要介质()(5)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论()(6)电磁波的传播不需要介质，机械波的传播也不需要介质()2(多选)关于电磁场理论的叙述正确的是()A变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D电场周围一定存在磁场，磁场周围一定存在电场AB变化的磁场周围产生电场，当电场中有闭合回路时，回路中有电流若无闭合回路，电场仍然存在，A对；若形成电磁场必须有周期性变化的电场和磁场，B对，C、D错3在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是()C由电磁场理论，结合图象，则有：A中磁场不变，则不会产生电场，故A错误；B中磁场方向变化，而大小不变，则不会产生恒定的电场，故B错误；C中磁场随着时间均匀变化，则会产生恒定的电场，故C正确；D中磁场随着时间非均匀变化，则会产生非均匀变化的电场，故D错误麦克斯韦的电磁场理论的理解19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦总结前人对电磁规律的研究成果，建立了完善的电磁场理论，并预言了电磁波的存在，其主要内容为：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，要正确理解这个理论需要明确以下几点：1变化的磁场产生电场：均匀变化的磁场产生稳定的电场，周期性变化的振荡磁场能产生同周期性的振荡电场，这条理论的基础是法拉第的电磁感应现象2变化的电场产生磁场：均匀变化的电场产生稳定的磁场，周期性变化的振荡电场产生同频率的振荡磁场，这一条是麦克斯韦的一个伟大的预言3不均匀变化的磁场产生变化的电场，不均匀变化的电场产生变化的磁场4变化的电场和磁场相互联系，形成一个统一的场，就是电磁场，而电磁场由近及远地向周围空间传播形成电磁波5电场、磁场的变化关系：【例1】有关电磁场理论的下列说法中，正确的是()A任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场B任何电场都要在周围空间产生磁场C任何变化的电场都要在周围空间产生磁场D电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分离的统一体，即电磁场思路点拨：根据麦克斯韦电磁场理论的内容理解判断C根据麦克斯韦理论，均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的，故A错同理，并不是任何电场都会在周围空间产生磁场，故B错电场和磁场并不总是相互联系着的，例如，静止电荷周围只有静电场，静止磁体周围只有稳定的磁场只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体，即电磁场，故D错1某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图所示，能发射电磁波的是()C非均匀变化的电场产生变化的磁场，非均匀变化的磁场再产生变化的电场，从而形成电磁场，电磁场由近及远地传播，形成电磁波，故要求电流或电压是变化的，但不能是均匀变化的，C项正确电磁波的特点及其与机械波的区别1.电磁波的特点(1)电磁波是横波，在传播方向上，任意一点的E和B都随时间按正弦规律变化，E和B彼此垂直，且与电磁波的传播方向垂直(2)电磁场中储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程(3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波(4)电磁波可以在真空中传播，因为电磁波本身就是一种物质场物质，所以传播时不再需要其他介质任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度，即c3.0108 m/s，电磁波传播虽然不需要介质，但在其他介质中的速度都比在真空中的小(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一赫兹用实验证明了电磁波的存在，并研究了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，证明了电磁波与光具有相同的性质，测出了电磁波在真空中的传播速度与光速c相同2电磁波与机械波的比较电磁波机械波研究对象电磁现象力学现象产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点(波源)的振动产生纵、横波横波纵波或横波波速在真空中等于光速波速由传播介质决定，在空气中很小(如声波为340 m/s)是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)【例2】(多选)电磁波和声波相比较，下列说法正确的是()A电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D电磁波和声波在介质中的传播速度，都是由介质决定的，与频率无关思路点拨：波速公式形式相同，但波速不同，波传播过程中频率不变ABC此题考查电磁波和声波的区别，可从它们的特点上分析，A、B符合物理事实所以正确根据vf，电磁波速度变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以C正确电磁波在介质中的速度，与介质有关，也与频率有关，在同一介质中频率越大，波速越小，所以D错误注意事项(1)电磁波和机械波从一种介质进入另一种介质时，频率都不变，但机械波的传播需要介质，而电磁波的传播不需要介质(2)vf是机械波和电磁波都能用的公式2(多选)下列关于电磁波的说法中正确的是()A只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波B电磁波的传播需要介质C停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在D电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的CD要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量传播的过程，所以D选项正确1第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是()A法拉第B奥斯特C赫兹 D麦克斯韦C麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C正确2关于电磁场，下列说法中不正确的是()A在一个磁铁旁放一带电体，则两者周围空间就形成了电磁场B电磁场既不同于静电场，也不同于静磁场C电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体 D电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的A电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场，而不是静电场和静磁场简单的复合所以选项A错3(多选)下列关于电磁波的叙述中，正确的是()A电磁波由电磁场发生区域向远处传播B电磁波在任何介质中的传播速度均为cC电磁波在真空中传播时，传播速度为cD光是一种电磁波ACD电磁波由电磁场发生区域向远处传播，电磁波在真空中的传播速度为c，故选项A、C、D正确4关于电磁场理论，下列说法正确的是()A在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场D周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场D根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，所以A错，而非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，所以B、C错- 6 -