新教材同步系列2024春高中物理第6章電磁現(xiàn)象與電磁波第4節(jié)電磁波及其應(yīng)用第5節(jié)量子化現(xiàn)象教師用書(shū)粵教版必修第三冊(cè)

第四節(jié)電磁波及其應(yīng)用第五節(jié)量子化現(xiàn)象學(xué)習(xí)任務(wù)1．知道電磁場(chǎng)、電磁波的概念及電磁波的產(chǎn)生原理，知道光是一種電磁波，光的能量是不連續(xù)的，能說(shuō)明相關(guān)的自然現(xiàn)象。2．理解電磁波的產(chǎn)生原理，了解電磁波的應(yīng)用和電磁污染及防護(hù)，具有與光的量子化有關(guān)的能量觀念。3．體會(huì)電磁技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)的影響，能理性探討電磁污染及其防護(hù)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)場(chǎng)的相識(shí)，體驗(yàn)人類(lèi)對(duì)自然界的相識(shí)是不斷發(fā)展的。學(xué)問(wèn)點(diǎn)一電磁場(chǎng)與電磁波1．電磁場(chǎng)(1)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本假設(shè)①改變的磁場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生電場(chǎng)。②改變的電場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。(2)電磁場(chǎng)：改變的電場(chǎng)和改變的磁場(chǎng)構(gòu)成不行分割的統(tǒng)一場(chǎng)，稱(chēng)為電磁場(chǎng)。2．電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：改變的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波。(2)電磁波可以在真空中傳播，電磁波的傳播不須要介質(zhì)。學(xué)問(wèn)點(diǎn)二電磁場(chǎng)的物質(zhì)性1．電磁場(chǎng)的特點(diǎn)：看不見(jiàn)摸不著，沒(méi)有固定的形態(tài)和體積，幾個(gè)電磁場(chǎng)可以同時(shí)占有同一空間。2．電磁場(chǎng)的物質(zhì)性的驗(yàn)證(1)微波爐利用電磁波來(lái)加熱食物，說(shuō)明電磁場(chǎng)具有能量。(2)光壓現(xiàn)象說(shuō)明電磁場(chǎng)具有質(zhì)量。(3)美國(guó)物理學(xué)家康普頓通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了電磁場(chǎng)和電荷系統(tǒng)相互作用時(shí)遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。學(xué)問(wèn)點(diǎn)三電磁波的應(yīng)用1．電視廣播(1)電視通過(guò)電磁波傳播視頻信號(hào)，其原理與傳播音頻信號(hào)相像。(2)通常電視廣播運(yùn)用微波(選填“長(zhǎng)波”“中波”或“微波”)傳送電視信號(hào)。(3)人們利用電磁波將電視信號(hào)先傳遞給地球同步通信衛(wèi)星，然后由通信衛(wèi)星將信號(hào)傳回大地。2．雷達(dá)(1)雷達(dá)是利用電磁波進(jìn)行測(cè)距、定位的儀器。(2)組成：雷達(dá)主要由放射機(jī)、接收機(jī)和顯示器等部分組成。(3)雷達(dá)工作時(shí)運(yùn)用的是微波(選填“長(zhǎng)波”“中波”或“微波”)。3．移動(dòng)電話(huà)(1)現(xiàn)代通信技術(shù)是電磁波最輝煌的應(yīng)用成果之一。(2)無(wú)線電話(huà)、無(wú)線對(duì)講機(jī)、移動(dòng)電話(huà)均是通過(guò)電磁波實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放射與接收的。學(xué)問(wèn)點(diǎn)四光是一種電磁波1．19世紀(jì)60年頭，麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論。2．1888年，赫茲用試驗(yàn)證明白電磁波的存在，并證明白電磁波和光一樣具有反射、折射、干涉和衍射等性質(zhì)。3．電磁波的速度等于光速。學(xué)問(wèn)點(diǎn)五能量子假說(shuō)1．熱輻射(1)熱輻射：①定義：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。②特點(diǎn)：物體在熱輻射中隨溫度的上升，輻射的較短波長(zhǎng)的電磁波的成分越來(lái)越大。(2)黑體：①定義：某種物體能夠全部汲取入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。②黑體輻射的特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。2．能量子(1)普朗克的假設(shè)：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。即能的輻射或者汲取只能是一份一份的。這個(gè)不行再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱(chēng)為普朗克常量。h＝6.63×10-34J·s。(3)能量的量子化：在微觀世界中能量是量子化的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是分立的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化。學(xué)問(wèn)點(diǎn)六光子假說(shuō)1．光電效應(yīng)(1)概念：當(dāng)光照耀在金屬上時(shí)，有時(shí)會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為光電效應(yīng)，逸出的電子稱(chēng)為光電子。(2)試驗(yàn)規(guī)律①用不同頻率的光去照耀陰極時(shí)，光的頻率越大，光電子動(dòng)能越大；②頻率低于某一數(shù)值時(shí)，不論光的強(qiáng)度多大，都不能產(chǎn)生光電子。2．光子(1)概念：愛(ài)因斯坦1905年指出，當(dāng)光和物質(zhì)相互作用時(shí)，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份光量子，這些光量子稱(chēng)為光子。(2)光子的能量：ε＝hν。學(xué)問(wèn)點(diǎn)七光的波粒二象性1．粒子性：愛(ài)因斯坦的光子假說(shuō)勝利地說(shuō)明白光電效應(yīng)，說(shuō)明白光具有粒子性。2．波動(dòng)性：光的干涉、衍射等試驗(yàn)事實(shí)說(shuō)明白光具有波動(dòng)性。3．光的波粒二象性：光的這種既具有波動(dòng)性，又具有粒子性的性質(zhì)稱(chēng)為光的波粒二象性。學(xué)問(wèn)點(diǎn)八原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論1．定義：原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級(jí)。2．能級(jí)躍遷：(1)通常狀況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。(2)把原子從一個(gè)能級(jí)改變到另一個(gè)能級(jí)的過(guò)程叫作躍遷。(3)處于高能級(jí)的原子，自發(fā)地向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。3．原子光譜：由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的放射光譜只有一些分立的亮線。能量子：不行再分割的最小能量值。1．思索辨析(正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”)(1)改變的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)，但改變的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (×)(2)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (√)(3)在微觀世界中能量不能連續(xù)改變。 (√)2．填空光是一種電磁波，則波長(zhǎng)為400nm的光子的能量是4.97×10-19J。摸索究：(1)視察上面兩幅圖，改變的磁場(chǎng)所產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)線和以前所學(xué)靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線有區(qū)分嗎？(2)改變的磁場(chǎng)肯定能產(chǎn)生電磁波嗎？為什么？[提示](1)改變的磁場(chǎng)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)不肯定，勻稱(chēng)改變的磁場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，不勻稱(chēng)改變的磁場(chǎng)在四周空間產(chǎn)生改變的電場(chǎng)，假如改變的磁場(chǎng)能產(chǎn)生改變的電場(chǎng)，改變的電場(chǎng)又能產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)，才能在四周空間產(chǎn)生電磁波。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論1．改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)麥克斯韋認(rèn)為在改變的磁場(chǎng)四周產(chǎn)生電場(chǎng)，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(wú)關(guān)。導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來(lái)顯示電流的存在。2．改變的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)依據(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(chǎng)，而且在電容器兩極板間改變著的電場(chǎng)四周也要產(chǎn)生磁場(chǎng)。3．改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的幾種形式(1)勻稱(chēng)改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。(2)非勻稱(chēng)改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生改變的電場(chǎng)。(3)周期性改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性改變的電場(chǎng)。4．改變的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)的幾種形式(1)勻稱(chēng)改變的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。(2)非勻稱(chēng)改變的電場(chǎng)產(chǎn)生改變的磁場(chǎng)。(3)周期性改變的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性改變的磁場(chǎng)?！镜淅?】關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述，不正確的是()A．改變的磁場(chǎng)四周肯定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無(wú)關(guān)B．周期性改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性改變的電場(chǎng)C．改變的電場(chǎng)和改變的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，即電磁場(chǎng)D．電場(chǎng)四周肯定存在磁場(chǎng)思路點(diǎn)撥：(1)相互激發(fā)的改變的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的頻率相等。(2)交替改變的電磁場(chǎng)是一個(gè)整體。D[故D符合題意。]在理解麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論時(shí)，要留意靜電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，靜磁場(chǎng)也不產(chǎn)生電場(chǎng)，還要留意依據(jù)電場(chǎng)(或磁場(chǎng))的改變狀況來(lái)確定所產(chǎn)生的是什么樣的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t改變的四種狀況如圖所示，其中能產(chǎn)生電場(chǎng)的磁場(chǎng)和能產(chǎn)生持續(xù)電磁波的磁場(chǎng)分別為()A．②③④、③④ B．①③④、③④C．②③④、②④ D．①③④、②④C[依據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，故②③④都可以產(chǎn)生電場(chǎng)；周期性改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生周期性改變的電場(chǎng)，周期性改變的電場(chǎng)產(chǎn)生周期性改變的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生電磁波，故只有②④可以產(chǎn)生電磁波。]光的量子化與量子世界1．物體在放射或接收能量的時(shí)候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過(guò)渡到另一狀態(tài)，而不行能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài)。2．在宏觀尺度內(nèi)探討物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量改變是連續(xù)的，不必考慮量子化；在探討微觀粒子時(shí)必需考慮能量量子化。3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是電磁波的頻率?！镜淅?】(多選)對(duì)于帶電微粒輻射和汲取能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是()A．以某一個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取B．輻射和汲取的能量是某一最小值的整數(shù)倍C．汲取的能量可以是連續(xù)的D．輻射和汲取的能量是量子化的思路點(diǎn)撥：(1)微觀粒子汲取和輻射能量只能是一份一份的。(2)能量是量子化的，不連續(xù)的。ABD[帶電微粒輻射或汲取能量時(shí)是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或汲取的，是不連續(xù)的，故選項(xiàng)A、B、D正確，C錯(cuò)誤。](1)帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。(2)當(dāng)輻射或汲取能量時(shí)，也是以最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取的。(3)在微觀世界中能量是量子化的。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的相識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或汲取的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相沖突，因而是錯(cuò)誤的BC[由普朗克能量子假說(shuō)可知帶電微粒輻射或汲取的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A錯(cuò)誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確；普朗克能量子假說(shuō)反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，D錯(cuò)誤。]1．(多選)下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()A．電磁波由電磁場(chǎng)發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為cC．電磁波在真空中傳播時(shí)，傳播速度為cD．光是一種電磁波ACD[電磁波由電磁場(chǎng)發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，電磁波在真空中的傳播速度為c，故選項(xiàng)A、C、D正確。]2．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．原子的能量是連續(xù)的，原子的能量從某一能量值變?yōu)榱硪荒芰恐担梢赃B續(xù)改變B．原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)放出光子C．原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，且光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差D．由于能級(jí)的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光譜只有一些分立的亮線CD[原子的能量是量子化的，原子從高能級(jí)會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，向外放出光子。光子的能量hν＝E初－E末，由于能級(jí)的分立性，放出的光子的能量也是分立的。]3．在日常生活中，廣泛運(yùn)用了紅外體溫計(jì)測(cè)量體溫，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)體溫超過(guò)37.3℃時(shí)人體才輻射紅外線B．當(dāng)體溫超過(guò)四周空氣溫度時(shí)人體才輻射紅外線C．紅外體溫計(jì)是依據(jù)體溫計(jì)放射紅外線來(lái)測(cè)體溫的D．紅外體溫計(jì)是依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強(qiáng)度越大來(lái)測(cè)體溫的D[人體在任何溫度下都會(huì)輻射紅外線，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤。人體溫度越高，輻射紅外線的強(qiáng)度越大，紅外體溫計(jì)正是依據(jù)這一特點(diǎn)來(lái)測(cè)體溫的，而不是利用紅外體溫計(jì)放射紅外線來(lái)測(cè)體溫的，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。]4．(新情境題，以“人眼感光”為背景，考查光子的能量)人眼對(duì)綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)。普朗克常量為6.63×10-34J·s，光速為3.0×108m/s，已知c＝λν，則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是多少？[解析]因只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)。所以察覺(jué)到綠光所接收的最小功率P＝Et，式中E＝6ε，又ε＝hν＝hcλ，可解得P＝6×[答案]2.3×10-18W回來(lái)本節(jié)學(xué)問(wèn)，自我完成以下問(wèn)題：1．什么是電磁場(chǎng)？什么是電磁波？[提示]改變的電場(chǎng)和改變的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起，就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不行分割的電磁場(chǎng)。這種在空間交替改變的電磁場(chǎng)傳播出去就形成了電磁波。2．哪位科學(xué)家提出了電磁場(chǎng)理論？哪位科學(xué)家證明白電磁波的存在？[提示]麥克斯韋、赫茲。3．哪位科學(xué)家提出了量子假說(shuō)？光量子的公式是什么？[提示]德國(guó)物理學(xué)家普朗克，ε＝hν，h＝6.63×10-34J·s。課時(shí)分層作業(yè)(二十)電磁波及其應(yīng)用量子化現(xiàn)象1．關(guān)于電磁理論，下列描述正確的是()A．電磁場(chǎng)不是一種物質(zhì)B．靜止的電荷能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)C．穩(wěn)定的磁場(chǎng)能夠在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)D．改變的電場(chǎng)和改變的磁場(chǎng)相互激發(fā)，由近及遠(yuǎn)傳播形成電磁波D[改變的電場(chǎng)和改變的磁場(chǎng)相互激發(fā)，由近及遠(yuǎn)傳播形成電磁波，電磁場(chǎng)是一種客觀存在的物質(zhì)，故A錯(cuò)誤，D正確；靜止的電荷四周不能激發(fā)磁場(chǎng)，故B錯(cuò)誤；穩(wěn)定的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)，C錯(cuò)誤。]2．近年來(lái)軍事行動(dòng)中，士兵都運(yùn)用“紅外夜視儀”，在夜間也能清晰地看清目標(biāo)，主要是因?yàn)?)A．“紅外夜視儀”放射出強(qiáng)大的紅外線，照耀被視物體B．一切物體均在不停地輻射紅外線C．一切高溫物體均在不停地輻射紅外線D．“紅外夜視儀”放射出X射線，被射物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線B[一切物體均在不停地向外輻射紅外線，不同物體輻射出的紅外線不同，采納“紅外夜視儀”可以清晰地辨別出物體的形態(tài)、大小和位置，不受白天和夜晚的影響，即可確認(rèn)出目標(biāo)，從而實(shí)行有效的行動(dòng)?！凹t外夜視儀”放射出強(qiáng)大的紅外線，照耀被視物體，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；一切物體均在不停地輻射紅外線，與結(jié)論相符，選項(xiàng)B正確；一切高溫物體均在不停地輻射紅外線，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；“紅外夜視儀”放射出X射線，被射物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]3．關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列說(shuō)法正確的是()A．電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播就是電磁波B．在電場(chǎng)的四周總能產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的四周總能產(chǎn)生電場(chǎng)C．電磁波是一種物質(zhì)，只能在真空中傳播D．電磁波傳播的速度總是3.0×108m/sA[改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，改變的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)漸漸向外傳播形成電磁波，A正確；依據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，改變的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，改變的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，只要電場(chǎng)發(fā)生改變就可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，只要磁場(chǎng)發(fā)生改變就可以產(chǎn)生電場(chǎng)，假如電場(chǎng)(磁場(chǎng))不改變，則不能產(chǎn)生磁場(chǎng)(電場(chǎng))，B錯(cuò)誤；電磁波的傳播不依靠介質(zhì)，可在真空中傳播，也可在介質(zhì)中傳播，在真空中的傳播速度才等于光速，C、D錯(cuò)誤。]4．已知某種單色光的波長(zhǎng)為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子ε的值為()A．hcλ B．C．chA[由波速公式c＝λν可得：ν＝cλ，由光的能量子公式得ε＝hν＝hc5．雷達(dá)是一種利用電磁波來(lái)測(cè)定物體位置和速度的設(shè)備，某防空雷達(dá)發(fā)覺(jué)一架飛機(jī)正在以水平速度朝雷達(dá)正上方勻速飛來(lái)，已知該雷達(dá)放射相鄰兩次電磁波之間的時(shí)間間隔為5×10-4s，某時(shí)刻在雷達(dá)監(jiān)視屏上顯示的波形如圖甲所示，經(jīng)過(guò)t＝173s后雷達(dá)向正上方放射和接收到的波形如圖乙所示，已知雷達(dá)屏上相鄰刻度線間表示的時(shí)間間隔為1×10-4s，則該飛機(jī)的飛行速度大小約為(電磁波的波速為c＝3×108m/s)()甲乙A．12000m/s B．900m/