人教版選修11 電磁波的發(fā)現(xiàn) 學(xué)案.doc

第1講電磁波的發(fā)現(xiàn)目標(biāo)定位1.理解麥克斯韋電磁場理論的兩個(gè)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以及赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的貢獻(xiàn).體會(huì)兩位科學(xué)家研究物理問題的方法.一、偉大的預(yù)言1.變化的磁場產(chǎn)生電場(1)在變化的磁場中放一個(gè)閉合的電路，由于穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路里會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.這個(gè)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是變化的磁場在空間產(chǎn)生了電場.(2)即使在變化的磁場中沒有閉合電路，也同樣要在空間產(chǎn)生電場.2.變化的電場產(chǎn)生磁場變化的電場也相當(dāng)于一種電流，也在空間產(chǎn)生磁場，即變化的電場在空間產(chǎn)生磁場.3.麥克斯韋不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了電、磁、光現(xiàn)象在本質(zhì)上的統(tǒng)一.想一想麥克斯韋從什么現(xiàn)象認(rèn)識(shí)到變化的磁場能產(chǎn)生電場？關(guān)于“變化的電場能夠產(chǎn)生磁場”的觀點(diǎn)，他是在什么情況下提出的？答案麥克斯韋從法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)到變化的磁場能夠產(chǎn)生電場.麥克斯韋確信自然界規(guī)律的統(tǒng)一與和諧，相信電場與磁場有對(duì)稱之美.他認(rèn)為：既然變化的磁場能夠在空間產(chǎn)生電場，那么變化的電場也能夠在空間產(chǎn)生磁場.二、電磁波1.電磁波的產(chǎn)生：如果在空間某區(qū)域有不均勻變化的電場，那么這個(gè)變化的電場就在空間引起變化的磁場；這個(gè)變化的磁場又會(huì)引起新的變化電場于是，變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播.電磁場這樣由近及遠(yuǎn)地傳播，就形成電磁波.2.特點(diǎn)(1)電磁波可以在真空中傳播.(2)電磁波的傳播速度等于光速.(3)光在本質(zhì)上是一種電磁波.(4)光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng).想一想空間存在如圖411所示的電場，那么在空間能不能產(chǎn)生磁場？在空間能不能形成電磁波？圖411答案如圖所示的電場是均勻變化的，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知會(huì)在空間激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會(huì)再在較遠(yuǎn)處激發(fā)起電場，故不會(huì)產(chǎn)生電磁波.三、赫茲的電火花1.赫茲首先捕捉到電磁波，在以后的一系列實(shí)驗(yàn)中，證明了電磁波與光具有相同的性質(zhì).他還測(cè)得，電磁波在真空中具有與光相同的傳播速度c.2.赫茲證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論.3.赫茲被譽(yù)為無線電通信的先驅(qū).后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲.想一想是赫茲預(yù)言了電磁波的存在，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)其存在的嗎？答案不是.麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在.一、對(duì)麥克斯韋電磁場理論的理解1.變化的磁場產(chǎn)生電場如圖412所示，麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路(導(dǎo)體環(huán))是否存在無關(guān).導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在.圖412注意在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的.2.變化的電場產(chǎn)生磁場根據(jù)麥克斯韋理論，在給電容器充電的時(shí)候，不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場.(如圖413所示).圖4133.小結(jié)(1)變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生電場，變化的電場也在周圍空間產(chǎn)生磁場.(2)均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場.(3)振蕩的磁場產(chǎn)生同頻率振蕩的電場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場.例1關(guān)于電磁場理論的敘述正確的是()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.周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場c.變化的電場和變化的磁場相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的場，即電磁場d.電場周圍一定存在磁場，磁場周圍一定存在電場答案ab解析變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，當(dāng)電場中有閉合回路時(shí)，回路中有電流.若無閉合回路，電場仍然存在，a正確；若形成電磁場必須有周期性變化的電場和磁場，b對(duì)，c、d錯(cuò).針對(duì)訓(xùn)練1如圖414所示是某一固定面的磁通量的變化圖象，在它周圍空間產(chǎn)生的電場中的某一點(diǎn)場強(qiáng)e應(yīng)是()圖414a.逐漸增強(qiáng) b.逐漸減弱c.不變 d.無法確定答案c解析由圖象可知，磁場在均勻變化，故在磁場周圍產(chǎn)生的電場是穩(wěn)定不變的.二、對(duì)電磁波的理解1.電磁波的形成變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，形成電磁場，電磁場由近及遠(yuǎn)傳播，形成電磁波.2.電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是橫波.電磁波中的電場和磁場互相垂直，電磁波在與二者均垂直的方向傳播.(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì).在真空中傳播速度等于光速c3.00108 m/s.(3)電磁場儲(chǔ)存電磁能，電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程.(4)電磁波具有波的一切特性，能夠發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象.例2下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是()a.只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波b.電磁波的傳播需要介質(zhì)c.停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波仍能獨(dú)立存在d.電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的答案cd解析要想產(chǎn)生持續(xù)的電磁波，變化的電場(或磁場)產(chǎn)生的磁場(或電場)必須是非均勻變化的，所以a選項(xiàng)錯(cuò)誤；電磁波是物質(zhì)波，電磁波的傳播可以不需要介質(zhì)而在真空中傳播，b選項(xiàng)錯(cuò)誤；電磁波可以脫離“波源”而獨(dú)立存在，c選項(xiàng)正確；電磁波可以使電荷移動(dòng)，說明電磁波具有能量，電磁波傳播的過程，也就是能量的傳播過程，所以d正確.針對(duì)訓(xùn)練2關(guān)于電磁波在真空中的傳播速度，以下說法正確的是()a.電磁波的頻率越高，傳播速度越大b.電磁波的波長越長，傳播速度越大c.電磁波的能量越大，傳播速度越大d.所有電磁波在真空中的傳播速度都相等答案d解析電磁波在真空中的傳播速度為光速，與其他因素?zé)o關(guān).對(duì)麥克斯韋電磁場理論的理解1.關(guān)于電磁場理論，下列說法中正確的是()a.在電場的周圍空間一定產(chǎn)生磁場b.任何變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場c.均勻變化的電場周圍空間產(chǎn)生變化的磁場d.振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場答案d解析由麥克斯韋電磁場基本理論知：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場，變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的磁場性質(zhì)是由電場的變化情況決定的，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，不均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場，反之亦然，故選項(xiàng)d正確.2.在空間某處存在一個(gè)變化的磁場，則下列說法正確的是()a.在變化的磁場周圍一定能產(chǎn)生變化的電場b.在磁場中放一個(gè)閉合線圈，線圈里一定有感應(yīng)電流c.在磁場中放一個(gè)閉合線圈，線圈里不一定有感應(yīng)電流d.變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，跟閉合線圈的存在與否無關(guān)答案cd解析均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，a錯(cuò)；在磁場中放置一個(gè)閉合線圈，如果穿過線圈的磁通量沒有變化，則不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就不會(huì)有感應(yīng)電流，b錯(cuò)，c對(duì)；變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場，與是否存在線圈無關(guān)，d對(duì).對(duì)電磁波的理解3.關(guān)于電磁場和電磁波，下列敘述中正確的是()a.均勻變化的電場在它周圍空間產(chǎn)生電磁波b.電磁波必須依賴于介質(zhì)傳播c.電磁波中每一處的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度總是互相垂直，且與波的傳播方向垂直d.只要空間某個(gè)區(qū)域有振蕩的電場或磁場，就能產(chǎn)生電磁波答案cd解析均勻變化的電場在它周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，由電磁場理論知，穩(wěn)定的磁場不再產(chǎn)生電場，所以不能形成電磁波，故a項(xiàng)錯(cuò)；電磁波是周期性變化的電場與磁場的交替激發(fā)，所以傳播不需要介質(zhì)，b項(xiàng)錯(cuò).4.對(duì)于聲波和電磁波的比較，下面說法中正確的是()a.它們都能發(fā)生反射現(xiàn)象b.聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，電磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的c.光是一種電磁波，b超利用的是超聲波d.它們都能在真空中傳播答案abc解析聲波和電磁波都屬于波，所以它們都具有波的共性，能發(fā)生反射現(xiàn)象，故選項(xiàng)a正確；但它們產(chǎn)生的機(jī)理不同，聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，電磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的，故選項(xiàng)b正確；光是一種電磁波，b超利用的是超聲波，故選項(xiàng)c正確；電磁波既能在介質(zhì)中傳播又能在真空中傳播，而聲波只能在介質(zhì)中傳播，故選項(xiàng)d錯(cuò)誤.(時(shí)間：60分鐘)題組一、對(duì)麥克斯韋電磁場理論的理解1.下列說法中，正確的有()a.最早發(fā)現(xiàn)電和磁有密切聯(lián)系的科學(xué)家是奧斯特b.電磁感應(yīng)現(xiàn)象是法拉第發(fā)現(xiàn)的c.建立完整的電磁場理論的科學(xué)家是麥克斯韋d.最早預(yù)見到有電磁波存在的科學(xué)家是赫茲答案abc解析最早預(yù)見到有電磁波的科學(xué)家是麥克斯韋，赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，d項(xiàng)不正確；由物理學(xué)史的知識(shí)可知，其他三項(xiàng)都是正確的.2.按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法正確的是()a.恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場b.變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場c.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場d.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場答案bd解析麥克斯韋的電磁場理論的核心內(nèi)容是：變化的電場周圍產(chǎn)生磁場；變化的磁場周圍產(chǎn)生電場.對(duì)此理論全面正確的理解為：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場；變化的電場周圍可以產(chǎn)生變化磁場，也可以產(chǎn)生不變化磁場；均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場；周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場，由變化的磁場產(chǎn)生電場的規(guī)律與以上類似，故正確答案為b、d.3.根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是()a.電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍也一定產(chǎn)生電場b.變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍也一定產(chǎn)生電場c.變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場d.電磁波在真空中的傳播速度為3.00108 m/s答案bd解析根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場，但變化的電場周圍不一定產(chǎn)生變化的磁場，如均勻變化的電場產(chǎn)生的是穩(wěn)定的磁場，所以正確的選項(xiàng)是b、d.4.某電場中電場強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，能產(chǎn)生磁場的電場是( )答案abc解析根據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知變化的電場產(chǎn)生磁場，選項(xiàng)a、b、c正確.題組二、對(duì)電磁波的理解5.下列說法正確的是()a.電磁波即電磁場在空間的傳播b.麥克斯韋依據(jù)光速和電磁波速度相同而預(yù)言光是一種電磁波c.赫茲不僅證實(shí)了電磁波的存在，還證實(shí)了光和電磁波具有相同的性質(zhì)d.電磁波和機(jī)械波最大的不同點(diǎn)是其傳播不需要介質(zhì)答案abcd6.下列關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法正確的是( )a.聲波是機(jī)械波，耳朵能夠聽到聲波，是因?yàn)槎浜吐曉粗g有空氣b.水波的傳播需要水，沒有水就沒有水波c.電磁波傳播需要空氣，沒有空氣，即使產(chǎn)生了電磁波也傳不出來d.電磁波的傳播速率等于光速，不受其它因素影響答案ab解析機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播；電磁波可以在真空中傳播，選項(xiàng)a、b正確，c錯(cuò)誤；電磁波只有在真空中的速度才等于光速，選項(xiàng)d錯(cuò)誤.7.某電路中電場隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是()答案d解析由麥克斯韋電磁場理論，當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場時(shí)(如a圖)，由于其不激發(fā)磁場，故無電磁波產(chǎn)生；當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(如b圖、c圖)，會(huì)激發(fā)出磁場，但磁場恒定，不會(huì)再在較遠(yuǎn)處激發(fā)起電場，故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波；只有周期性變化的電場(如d圖)，才會(huì)激發(fā)出周期性變化的磁場，周期性變化的磁場又激發(fā)出周期性變化的電場，如此不斷激發(fā)，便會(huì)形成電磁波.8.下列關(guān)于電磁波的說法中，正確的是( )a.電磁波可以在真空中傳播b.電磁波不能在空氣中傳播c.麥克斯韋第一次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在d.法拉第第一次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在答案a解析電磁波可以在真空中傳播，a對(duì)，b錯(cuò)；麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故c、d錯(cuò).9.關(guān)于電磁波，下列說法正確的是()a.光不是電磁波b.電磁波需要有介質(zhì)才能傳播c.只要有電場和磁場，就可以產(chǎn)生電磁波d.真空中，電磁波的傳播速度與光速相同答案d解析光也是一種電磁波，在真空中傳播的速度為3.0108 m/s，傳播過程中不需要介質(zhì)，故a、b錯(cuò)誤，d