新教材人教版高中物理選擇性必修第二冊 4.2電磁場與電磁波 教學(xué)講義

1、精品文檔 精心整理精品文檔 可編輯的精品文檔第四章電磁振蕩與電磁波第2節(jié)電磁場與電磁波【素養(yǎng)目標(biāo)】1了解電磁波發(fā)現(xiàn)的過程，領(lǐng)會人類認(rèn)識世界的認(rèn)知規(guī)律。2初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想以及在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。3知道變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。知道變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播就形成電磁波。4知道赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，在人類歷史上首先捕捉到了電磁波?！颈貍渲R】知識點(diǎn)一、電磁場(1)變化的磁場產(chǎn)生電場實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：如圖所示，在變化的磁場中放一個(gè)閉合電路，電路里就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。麥克斯韋對該問題的見解：回路里有感應(yīng)電流產(chǎn)生，一定是變化的磁場產(chǎn)生了電場，

2、自由電荷在電場的作用下發(fā)生了定向移動。該現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)：變化的磁場產(chǎn)生了電場。(2)變化的電場產(chǎn)生磁場麥克斯韋大膽地假設(shè)，既然變化的磁場能產(chǎn)生電場，變化的電場也會在空間產(chǎn)生磁場。知識點(diǎn)二、電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：如果空間某區(qū)域存在不均勻變化的電場，那么它就會在空間引起不均勻變化的磁場，這一不均勻變化的磁場又引起不均勻變化的電場于是變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)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，電磁波中的電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)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

3、速。知識點(diǎn)三、赫茲的電火花(1)赫茲的實(shí)驗(yàn)：如圖所示。(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)線圈的兩個(gè)金屬球間有火花跳過時(shí)，導(dǎo)線環(huán)兩個(gè)金屬小球也跳過電火花。(3)現(xiàn)象分析：當(dāng)感應(yīng)線圈使得與它相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí)，空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場，這種電磁場以電磁波的形式在空間傳播。在電磁波到達(dá)導(dǎo)線環(huán)時(shí)，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙處也產(chǎn)生了火花。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：赫茲證實(shí)了電磁波的存在。(5)赫茲的其他實(shí)驗(yàn)成果：赫茲做了一系列的實(shí)驗(yàn)，觀察了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射現(xiàn)象，并通過測量證明，電磁波在真空中具有與光相同的速度，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論。【重難點(diǎn)探究】一、對麥克斯韋

4、電磁場理論的理解1電磁場的產(chǎn)生：如果在空間某處有周期性變化的電場，那么這個(gè)變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個(gè)變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的，形成不可分割的統(tǒng)一體，這就是電磁場。2麥克斯韋電磁場理論的要點(diǎn)(1)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。(2)均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場，同樣，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場。(3)振蕩變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的電場，同樣，振蕩變化的電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場。電磁場是動態(tài)的，并且電場和磁場不可分割，磁感線、電場線都是閉合的曲線；靜電場、靜

5、磁場是單獨(dú)存在的，且電場線是非閉合曲線，靜止的電場和磁場不是電磁場。二、電磁波的特點(diǎn)有哪些？1同一種電磁波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，頻率不變(頻率由波源決定)，波速、波長發(fā)生改變。在介質(zhì)中的速度都比真空中速度小，注意機(jī)械波在不同介質(zhì)中速度不同，其傳播速度由介質(zhì)決定。2不同電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，傳播速度不同，頻率越高波速越小，頻率越低波速越大。3在真空中傳播時(shí)，不同頻率的電磁波的速度相同：vc，且cf, eq f(c,f)。4因?yàn)殡姶挪ㄊ墙蛔冸姶艌龌ハ嗉ぐl(fā)產(chǎn)生的，所以電磁波傳播時(shí)不需要介質(zhì)，可在真空中傳播。5電磁波是橫波，電場方向與磁場方向都跟傳播方向垂直。6電磁波遇到其他物體時(shí)，能發(fā)生反射、折射

6、等現(xiàn)象。7電磁波具有波的共性，能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象。8電磁波可以脫離“波源”獨(dú)立存在。電磁波發(fā)射出去后，產(chǎn)生電磁波的振蕩電路停止振蕩后，空間中的電磁波仍繼續(xù)傳播。三、電磁波與機(jī)械波的比較機(jī)械波電磁波對象研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時(shí)間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總是c，在介質(zhì)中傳播時(shí)，波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是【課堂檢測】1.一雷達(dá)站探測敵機(jī)時(shí)

7、熒光屏上出現(xiàn)的記錄圖象如下圖，A是發(fā)射時(shí)的雷達(dá)探索波的脈沖波形，B是敵機(jī)反射回來的脈沖波形，則敵機(jī)距雷達(dá)站的距離是()9105 m B.4.5105 mC.3105 m D.無法確定【答案】 B 【解析】由題圖知兩波形相差3103s ， 即敵機(jī)與雷達(dá)站距離為svt3108310-3m4.5105m ， 故B正確?！痉治觥空莆针姶挪ǖ膫鞑ニ俣?，根據(jù)相關(guān)內(nèi)容解答。2.目前雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率在200MHz至1000MHz的范圍內(nèi)下列說法正確的是（ ） A.波長越短的電磁波，對目標(biāo)的反射性能越弱B.雷達(dá)發(fā)射的電磁波是由恒定不變的電場或磁場產(chǎn)生的C.上述雷達(dá)發(fā)射的電磁波在真空中的波長范圍在0.3m至1

8、.5m之間D.測出從發(fā)射電磁波到接收到反射波的時(shí)間間隔，不可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的距離【答案】 C 【解析】A、波長越短的電磁波，傳播的直線性越好，反射性能越強(qiáng)，故A錯(cuò)誤； B、根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論可知，恒定不變的電場不會產(chǎn)生磁場，電磁波是變化磁場產(chǎn)生電場變化電場產(chǎn)生磁場不斷交替變化產(chǎn)生的，故B錯(cuò)誤C、根據(jù)=v/c 電磁波頻率在200MHz至1000MHz 的范圍內(nèi)，則電磁波的波長范圍在0.3m至1.5m之間，故C正確；D、測出從發(fā)射無線電波到接收反射回來的無線電波的時(shí)間，根據(jù)無線電波的傳播速度，就可以確定雷達(dá)和目標(biāo)的間距，D不正確；故選C【分析】本題考查了麥克斯韋的電磁場理論與雷達(dá)的原理，比

9、較簡單，根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論內(nèi)容即可正確解答【素養(yǎng)作業(yè)】1.關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法正確的是（ ） A.在電場的周圍空間總能產(chǎn)生磁場，在磁場的周圍空間總能產(chǎn)生電場B.變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)的傳播形成電磁波C.電磁波是一種物質(zhì)，只能在真空中傳播D.電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度都是【答案】 B 【解析】A、變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系的，它們統(tǒng)稱為電磁場，不符合題意； B、變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，逐漸向外傳播，形成電磁波，符合題意； CD、電磁波是一種物質(zhì)，可以不依賴物質(zhì)傳播，電磁波在真空中傳播速度是3108m/s, CD不符合題意。 故答案為：B【分析】電

10、磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，逐漸向外傳播，形成電磁場。電磁場在真空傳播的速度等于光速，電磁波本身是一種物質(zhì)，是客觀存在的。2.在真空中所有電磁波都具有相同的 ( ) A.頻率B.波長C.能量D.波速【答案】 D 【解析】所有的電磁波在真空中都具有相同的波速，而 射線的頻率和能量最大，無線電波的頻率與能量最小，對于不同電磁波的波長，無線電波最長， 射線最小. 故答案為：D.【分析】電磁波具有相同的速度；其頻率、波長和能量不一定相同。3.頻率為f的電磁波在某介質(zhì)中的傳播速度為v，該電磁波的波長為（ ）A.vfB.vfC.fvD.f【答案】 B 【解析】解：頻

11、率為f的電磁波在某介質(zhì)中的傳播速度為v，由v=f得：該電磁波的波長為 = vf故選：B【分析】已知電磁波的頻率和波速，由波速公式v=f求解波長4.2008年9月27日，航天員翟志剛首次實(shí)現(xiàn)了中國航天員在艙外的太空活動，這是我國航天發(fā)展史上的又一里程碑艙內(nèi)、外的航天員近在咫尺，但要進(jìn)行對話，一般需要利用（ ） A.紫外線B.無線電波C.射線D.X 射線【答案】 B 【解析】解：現(xiàn)代的移動通信都是利用無線電波來傳遞信息的B符合題意，A、C、D不符合題意故答案為：B【分析】該題目考察的類似于生活常識，移動通信一般是以無線電波為載體。5.19世紀(jì)60年代，英國物理學(xué)家麥克斯韋在法拉第等人研究成果的基礎(chǔ)

12、上，進(jìn)行總結(jié)，并加以發(fā)展，提出了系統(tǒng)的電磁理論并預(yù)言了電磁波的存在以下有關(guān)電磁理論和電磁波的說法不正確的是（） A.只要有磁場在變化，它的周圍就一定會產(chǎn)生電場B.空間某區(qū)域有不均勻變化的電場，則一定會產(chǎn)生電磁波C.電磁波不同于機(jī)械波之處是電磁波能在真空中傳播D.紫外線是一種比所有可見光波長更長的電磁波【答案】 D 【解析】A、變化的磁場一定會產(chǎn)生電場；故A正確； B、只要電場不均勻變化，就一定能產(chǎn)生電磁波；故B正確；C、電磁波不同于機(jī)械波之處是電磁波能在真空中傳播；故C正確；D、紫外線波長要短于可見光；故D錯(cuò)誤；本題選錯(cuò)誤的；故選：D【分析】變化的電（磁）場產(chǎn)生磁（電）場；非均勻變化的電場即可

13、形成非均勻變化的磁場，從而形成電磁波6.我國成功研發(fā)的反隱身先進(jìn)米波雷達(dá)堪稱隱身飛機(jī)的克星，它標(biāo)志著我國雷達(dá)研究又創(chuàng)新的里程碑，米波雷達(dá)發(fā)射無線電波的波長在110m范圍內(nèi)，則對該無線電波的判斷正確的是（）A.米波的頻率比厘米波頻率高B.和機(jī)械波一樣須靠介質(zhì)傳播C.同光波一樣會發(fā)生反射現(xiàn)象D.不可能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象【答案】 C 【解析】根據(jù) f=可知，波長越大的波頻率越低，故米波的頻率比厘米波的頻率低，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；無線電波不需要介質(zhì)傳播，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；同光波一樣會發(fā)生全反射，選項(xiàng)C正確；干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，故也能發(fā)生干涉和衍射，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選C.【分析】電磁波能在真空中傳播，機(jī)械波不能在真空中傳播，涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，光可以發(fā)生反射現(xiàn)象7.甲坐在人民大會堂臺前60 m處聽報(bào)告，乙坐在家里離電視機(jī)5 m處聽電視轉(zhuǎn)播，已知乙所在處與人民大會堂相距1 000 km ， 不考慮其他因素，則(空氣中聲速為340 m/s)()A.甲先聽到聲音B.乙先聽到聲音C.甲、乙同時(shí)聽到D.不能確定【答案】 B 【解析】聲音傳到甲所