廣西專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第4章電磁振蕩與電磁波2電磁場與電磁波課件新人教版選擇性必修第二冊

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電磁場與電磁波課前·基礎(chǔ)認(rèn)知課堂·重難突破素養(yǎng)·目標(biāo)定位隨堂訓(xùn)練素養(yǎng)·目標(biāo)定位目

標(biāo)

素

養(yǎng)1.知道變化的磁場產(chǎn)生電場,變化的電場產(chǎn)生磁場。2.知道變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場。3.了解電磁波的基本特點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)過程及傳播規(guī)律。知

識

概

覽課前·基礎(chǔ)認(rèn)知一、電磁場1.麥克斯韋電磁理論的兩個(gè)基本假設(shè)。(1)變化的磁場產(chǎn)生電場(如圖甲所示)。(2)變化的電場產(chǎn)生磁場(如圖乙所示)。甲

變化的磁場產(chǎn)生電場

乙

變化的電場產(chǎn)生磁場

2.電磁場:變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場。3.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,就會在周圍引起變化的磁場,變化的電場和磁場又會在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣變化的電場和磁場由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成了電磁波。微判斷1(1)變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場。(

)(2)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)。(

)(3)周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率變化的電場。(

)(4)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。(

)(5)電場周圍一定存在磁場。(

)(6)磁場周圍一定存在電場。(

)×√√√××二、電磁波1.電磁波的特點(diǎn)。(1)電磁波是橫波,電磁波在空間傳播不需要介質(zhì)。(2)電磁波的波長、頻率、波速的關(guān)系為v=λf;在真空中,電磁波的速度c=3.0×108m/s。2.電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象。3.赫茲的電火花。(1)赫茲實(shí)驗(yàn)的分析。當(dāng)與感應(yīng)圈相連的兩個(gè)金屬球間產(chǎn)生電火花時(shí),周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場。這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)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)的空隙中也產(chǎn)生了火花,說明這個(gè)導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波。結(jié)論:赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在,檢驗(yàn)了麥克斯韋電磁場理論的正確性。(2)赫茲的其他成果。赫茲觀察到了電磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射等現(xiàn)象。他還測得電磁波在真空中具有的速度等于光速c,證明了電磁波與光的統(tǒng)一性。微判斷2(1)電磁波和光在真空中的傳播速度都是3.0×108m/s。(

)(2)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(

)(3)只要有電場和磁場,就能產(chǎn)生電磁波。(

)(4)電磁波在同種介質(zhì)中只能沿直線傳播。(

)√×××課堂·重難突破一

正確理解麥克斯韋的電磁場理論重難歸納1.電磁場與靜電場、靜磁場的比較。(1)三者可以在某空間混合存在,但由靜電場和靜磁場混合的空間不屬于電磁場。電磁場是電場、磁場相互激發(fā)形成的統(tǒng)一體。(2)變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,是一種普遍存在的現(xiàn)象,跟閉合電路是否存在無關(guān)。(3)有單獨(dú)存在的靜電場,也有單獨(dú)存在的靜磁場,但沒有靜止的電磁場。2.電場和磁場的變化關(guān)系。

特別提醒變化的電場一定能產(chǎn)生磁場,但不一定能產(chǎn)生變化的磁場,如均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場;同理,變化的磁場也不一定產(chǎn)生變化的電場。如圖所示,磁體相對于閉合線圈上下運(yùn)動時(shí),閉合線圈中的自由電荷做定向移動,自由電荷受到什么力的作用?這能否說明變化的磁場產(chǎn)生了電場?如果沒有導(dǎo)體,情況會怎樣?提示:磁體上、下運(yùn)動時(shí),導(dǎo)體中自由電荷定向移動,說明電荷受到電場力作用,即導(dǎo)體處在電場中。磁體的上、下運(yùn)動使線圈處在變化的磁場中,這表明變化的磁場周圍產(chǎn)生了電場。如果沒有導(dǎo)體,該處仍會產(chǎn)生電場。典例剖析【例1】

(多選)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)生同頻率的周期性變化的電場C.變化的電場和變化的磁場相互關(guān)聯(lián),一定能形成一個(gè)統(tǒng)一的場,即電磁場D.電場周圍不一定存在磁場,磁場周圍不一定存在電場答案:ABD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,選項(xiàng)A正確。若形成電磁場必須要有周期性變化的電場或磁場,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤。電場(或磁場)周圍不一定存在磁場(或電場),選項(xiàng)D正確。特別提醒對麥克斯韋電磁場理論中“變化”的理解

如何變化電場磁場恒定恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場非均勻變化非均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場非均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場周期性變化周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率周期性變化的磁場周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場學(xué)以致用1.下列關(guān)于電場與磁場的產(chǎn)生的理解正確的是(

)答案:C解析:題中選項(xiàng)A、B所描述的磁場是穩(wěn)定的,由麥克斯韋電磁場理論可知其周圍空間不會產(chǎn)生電場,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。題中選項(xiàng)C描述的是周期性變化的磁場,它能產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場,且磁通量的變化率最大時(shí)電場強(qiáng)度最強(qiáng),其相位差為

,選項(xiàng)C正確。題中選項(xiàng)D所描述的是周期性變化的電場,在其周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場,其相位差應(yīng)為

,而不是π,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。二

對電磁波的理解重難歸納1.電磁波的物質(zhì)性。(1)電磁波占有時(shí)間、空間。(2)電磁波具有運(yùn)動質(zhì)量(靜止質(zhì)量為零)。(3)電磁波具有能量。2.電磁波的傳播。電磁場是物質(zhì),電磁波是物質(zhì)傳播的形式,是靠電和磁的相互“感應(yīng)”而傳播的,可以脫離電荷而獨(dú)立存在。故其傳播不需要介質(zhì),在真空中也能傳播。3.電磁波具有波的共性,能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象。電磁波與物質(zhì)相互作用時(shí),能發(fā)生反射、吸收、折射等現(xiàn)象。4.電磁波的波速、波長與頻率的關(guān)系:c=λf。5.電磁波與機(jī)械波的比較。比較項(xiàng)目機(jī)械波電磁波不同點(diǎn)研究對象力學(xué)現(xiàn)象電磁現(xiàn)象周期性位移隨時(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(shí),波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān)產(chǎn)生機(jī)理由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動產(chǎn)生由電磁振蕩等激發(fā)橫波與縱波可能是橫波,也可能是縱波橫波相同點(diǎn)(1)可以發(fā)生反射、折射、干涉和衍射(2)傳遞能量的一種方式(3)滿足v=λf5G是指第五代通信技術(shù),采用3300~5000MHz頻段的無線電波。第四代移動通信技術(shù)4G,其頻段范圍是1880~2635MHz。5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率(指單位時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)量大小)可達(dá)10Gbps(bps為bitspersecond的英文縮寫,即比特率、比特/秒),是4G網(wǎng)絡(luò)的50~100倍。思考下面問題:(1)4G信號和5G信號哪種更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象?(2)4G信號和5G信號相遇能發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象嗎?(3)5G信號與4G信號在水中的傳播速度哪種更大?提示:(1)4G信號頻率低,波長長,更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象。(2)兩種不同頻率的波不能發(fā)生穩(wěn)定干涉。(3)同種介質(zhì)中電磁波的傳播速度與頻率有關(guān),頻率越高,傳播速度越小,在水中4G信號比5G信號傳播速度大。典例剖析【例2】(多選)下列關(guān)于電磁波與聲波的說法正確的是(

)A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的波長不變,聲波的波長變小答案:AC解析:由電磁波和聲波的概念可知選項(xiàng)A正確。電磁波可以在真空中傳播,而聲波屬于機(jī)械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。電磁波在空氣中的傳播速度近似等于真空中的速度,大于在水中的傳播速度;聲波在水中的傳播速度大于在空氣中的傳播速度,故選項(xiàng)C正確。無論是電磁波還是聲波,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變,所以由波長

及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進(jìn)入水中時(shí),電磁波的波長變短,聲波的波長變長,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。特別提醒電磁波與機(jī)械波的注意點(diǎn):

(1)電磁波與機(jī)械波的產(chǎn)生方式、傳播途徑、波的形成及波速等有顯著不同。

(2)電磁波與機(jī)械波都是波,都具有波的特性。

(3)電磁波的特性與光相似,可類比光的特性進(jìn)行理解。學(xué)以致用2.(多選)以下關(guān)于機(jī)械波與電磁波的說法,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:BCD解析:機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生,電磁波由周期性變化的電場(或磁場)產(chǎn)生,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。機(jī)械波是質(zhì)點(diǎn)振動的傳播,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),電磁波的波速由介質(zhì)和本身頻率共同決定,選項(xiàng)B正確。機(jī)械波有橫波,也有縱波,而電磁波一定是橫波,選項(xiàng)C正確。機(jī)械波與電磁波都具有波的共性,選項(xiàng)D正確。隨堂訓(xùn)練1.(多選)根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,以下敘述正確的是(

)A.教室中開亮的日光燈周圍空間必有磁場和電場B.工作時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器周圍必有磁場和電場C.穩(wěn)定的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場,穩(wěn)定的磁場激發(fā)穩(wěn)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:ABD解析:教室中開亮的日光燈、工作時(shí)的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用的都是振蕩電流,在其周圍產(chǎn)生振蕩磁場和電場,故選項(xiàng)A、B正確。穩(wěn)定的電場不會產(chǎn)生磁場,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。電磁波是橫波,電場方向、磁場方向和傳播方向相互垂直,故選項(xiàng)D正確。2.(多選)關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說法正確的是(

)A.電磁波傳播不需要介質(zhì),機(jī)械波傳播需要介質(zhì)B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速率都相同,機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速率都相同C.電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D.電磁波和機(jī)械波都能發(fā)生衍射答案:AD解析:電磁波傳播不需要介質(zhì),電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機(jī)械波傳播需要介質(zhì),機(jī)械波的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān),故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。電磁波和機(jī)械波都具有波的一些特征,包括干涉和衍射,故選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤。3.(多選)關(guān)于電磁場、電磁波的認(rèn)識,下列說法正確的是(

)A.電磁波的傳播需要介質(zhì)B.電磁波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),頻率不變C.電磁波傳播的過程中也傳遞了能量D.在電場周圍一定產(chǎn)生磁場,磁場周圍一定產(chǎn)生電場答案:BC解析:周期性變化的電場與磁場相互感應(yīng)產(chǎn)生,并向外傳播,