第6章　第4節(jié)　電磁波及其應用 第5節(jié)　量子化現(xiàn)象-高中物理 必修第3冊(配粵教版)

第四節(jié)電磁波及其應用第五節(jié)量子化現(xiàn)象[核心素養(yǎng)·明目標]核心素養(yǎng)學習目標物理觀念知道電磁波的概念及電磁波的產生原理，知道光是一種電磁波，光的能量是不連續(xù)的，能解釋相關的自然現(xiàn)象科學思維理解電磁波的產生原理，了解電磁波的應用和電磁污染及防護，具有與光的量子化有關的能量觀念科學探究能上網查詢，提出與電磁場、電磁波、光子等相關的問題，能根據實驗現(xiàn)象形成結論，能主動與他人交流實驗過程與結果科學態(tài)度與責任能體會電磁技術應用對人類生活和社會發(fā)展帶來的影響，能理性討論電磁污染及其防護問題。通過對場的認識，能體會人類對自然界的認識是不斷發(fā)展的知識點一電磁場與電磁波1．電磁場(1)麥克斯韋電磁場理論的兩個基本假設：①變化的磁場能夠在周圍空間產生電場(如圖甲所示)。②變化的電場能夠在周圍空間產生磁場(如圖乙所示)。甲變化的磁場在其周圍空間產生電場乙變化的電場在其周圍空間產生磁場(2)電磁場：變化的電場和變化的磁場交替產生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場。2．電磁波(1)電磁波的產生：周期性變化的磁場周圍會產生周期性變化的電場，周期性變化的電場周圍也會產生周期性變化的磁場。變化的電場和變化的磁場相互聯(lián)系在一起，就會在空間形成一個統(tǒng)一的、不可分割的電磁場，這種在空間交替變化的電磁場傳播出去就形成了電磁波。(2)電磁波可以在真空中傳播，電磁波的傳播不需要介質。知識點二電磁場的物質性1．電磁場的特點：看不見摸不著，沒有固定的形狀和體積，幾個電磁場可以同時占有同一空間。2．電磁場的物質性的驗證：(1)微波爐利用電磁波來加熱食物，說明電磁場具有能量。(2)光壓現(xiàn)象說明電磁場具有質量。(3)美國物理學家康普頓通過實驗驗證了電磁場和電荷系統(tǒng)相互作用時遵守動量守恒定律和能量守恒定律。3．作用：認識到電磁場是一種物質，能夠讓人類充分利用其物質屬性，開展更深入、廣泛的研究與應用。知識點三電磁波的應用1．電視廣播(1)電視通過電磁波傳播視頻信號，其原理與傳播音頻信號相似。(2)通常電視廣播使用微波(選填“長波”“中波”或“微波”)傳送電視信號。(3)人們利用電磁波將電視信號先傳遞給地球同步通信衛(wèi)星，然后由通信衛(wèi)星將信號傳回大地。2．雷達(1)雷達是利用電磁波進行測距、定位的儀器。(2)組成：雷達主要由發(fā)射機、接收機和顯示器等部分組成。(3)雷達工作時使用的是微波(選填“長波”“中波”或“微波”)。3．移動電話(1)現(xiàn)代通信技術是電磁波最輝煌的應用成果之一。(2)無線電話、無線對講機、移動電話均是通過電磁波實現(xiàn)信號的發(fā)射與接收的。電磁波是一種客觀存在的物質，具有能量。1：思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)麥克斯韋通過實驗證實了電磁波的存在。 (×)(2)變化的磁場可以產生電場，但變化的電場不能產生磁場。 (×)(3)雷達是通過接收障礙物發(fā)出的電磁波來確定物體位置的。 (×)知識點四光是一種電磁波1．19世紀60年代，麥克斯韋建立了電磁場理論。2．1888年，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，并證明了電磁波和光一樣具有反射、折射、干涉和衍射等性質。3．電磁波的速度等于光速。知識點五能量子假說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，所以叫作熱輻射。②特點：物體在熱輻射中隨溫度的升高，輻射的較短波長的電磁波的成分越來越大。(2)黑體：①定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。②黑體輻射的特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。2．能量子(1)普朗克的假設：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。即能的輻射或者吸收只能是一份一份的。這個不可再分的最小能量值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稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s。(一般取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，或者說微觀粒子的能量是分立的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化。知識點六光子假說1．光電效應(1)概念：當光照射在金屬上時，有時會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象被稱為光電效應，逸出的電子稱為光電子。(2)實驗規(guī)律：①用不同頻率的光去照射陰極時，光的頻率越大，光電子動能越大；②頻率低于某一數值時，不論光的強度多大，都不能產生光電子。2．光子(1)概念：愛因斯坦1905年指出，當光和物質相互作用時，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份光量子，這些光量子稱為光子。(2)光子的能量：ε＝hν。知識點七光的波粒二象性1．粒子性：愛因斯坦的光子假說成功地解釋了光電效應，說明了光具有粒子性。2．波動性：光的干涉、衍射等實驗事實說明了光具有波動性。3．光的波粒二象性：光的這種既具有波動性，又具有粒子性的性質稱為光的波粒二象性。知識點八原子結構的玻爾理論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。2．能級躍遷：(1)通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。(2)把原子從一個能級變化到另一個能級的過程叫作躍遷。(3)處于高能級的原子，自發(fā)地向低能級躍遷時放出光子，原子從高能級向低能級躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。3．原子光譜：由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。能量子：不可再分割的最小能量值。2：思考辨析(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數倍。 (√)(2)在微觀世界中能量不能連續(xù)變化。 (√)3：填空光是一種電磁波，則波長為400nm的光子的能量是4.97×10－19J?？键c1麥克斯韋電磁場理論試探究：(1)觀察上面兩幅圖，變化的磁場所產生電場的電場線和以前所學靜電場的電場線有區(qū)別嗎？(2)變化的磁場一定能產生電磁波嗎？為什么？提示：(1)變化的磁場所產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)不一定，均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場，如果變化的磁場能產生變化的電場，變化的電場又能產生變化的磁場，才能在周圍空間產生電磁波。1．變化的磁場產生電場如圖所示，麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產生電場，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路(導體環(huán))是否存在無關。導體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在。2．變化的電場產生磁場根據麥克斯韋理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產生磁場，如圖所示。3．變化的磁場產生電場(1)均勻變化的磁場產生恒定的電場。(2)非均勻變化的磁場產生變化的電場。(3)周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場。4．變化的電場產生磁場(1)均勻變化的電場產生恒定的磁場。(2)非均勻變化的電場產生變化的磁場。(3)周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場?！镜淅?】關于電磁場理論的敘述，不正確的是()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B．周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場C．變化的電場和變化的磁場相互關聯(lián)，形成一個統(tǒng)一的整體，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場思路點撥：(1)相互激發(fā)的變化的電場與磁場的頻率相等。(2)交替變化的電磁場是一個整體。D[故D符合題意。]在理解麥克斯韋的電磁場理論時，要注意靜電場不產生磁場，靜磁場也不產生電場，還要注意根據電場(或磁場)的變化情況來確定所產生的是什么樣的磁場(或電場)。[跟進訓練]1．某電路中電場隨時間變化的圖像如下列各圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是()ABCDD[圖A中電場不隨時間變化，不會產生磁場；圖B和圖C中電場都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產生恒定的磁場，也不會產生和發(fā)射電磁波；圖D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產生變化的磁場，而這磁場的變化也是不均勻的，又能產生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場，能交替發(fā)射電磁波，D正確。]考點2光的量子化與量子世界普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中的我們對能量的認識有什么不同？提示：宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點則認為能量是一份一份的，每一份是一個最小能量單位，即能量是不連續(xù)的。宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的是因為每一個能量子的能量都很小，宏觀變化中有大量的能量子，就可以看作是連續(xù)的。而研究微觀粒子時，單個的能量子能量就顯示出不連續(xù)性。1．物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。2．在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。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)對于帶電微粒輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是()A．以某一個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收B．輻射和吸收的能量是某一最小值的整數倍C．吸收的能量可以是連續(xù)的D．輻射和吸收的能量是量子化的思路點撥：(1)吸收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[帶電微粒輻射或吸收能量時是以最小能量值——能量子ε的整數倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的，故選項A、B、D正確，C錯誤。](1)帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。(2)當輻射或吸收能量時，也是以最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。(3)在微觀世界中能量是量子化的。[跟進訓練]2．(多選)關于對普朗克能量子假說的認識，下列說法正確的是()A．振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的BC[由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數倍，A錯誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確。]1．(多選)下列關于電磁波的敘述中，正確的是()A．電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠處傳播B．電磁波在任何介質中的傳播速度均為cC．電磁波在真空中傳播時，傳播速度為cD．光是一種電磁波ACD[電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠處傳播，電磁波在真空中的傳播速度為c，故選項A、C、D正確。]2．(多選)下列說法正確的是()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B．恒定電流能夠在周圍空間產生恒定的磁場C．恒定電場能夠在周圍空間產生恒定的磁場D．均勻變化的電場能夠在周圍空間產生恒定的磁場ABD[變化的磁場周圍產生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流，若無閉合回路電場仍然存在，A正確；電場按其是否隨時間變化分為恒定電場和變化的電場(如運動電荷形成的電場)，恒定電場不產生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應磁場，故C錯誤，D正確；恒定電流周圍存在恒定磁場，B正確。]3．在下圖所示的四種磁場情況中能產生恒定的感應電場的是()ABCDC[A中磁場不變，則不會產生電場，故A錯誤；B中磁場方向變化，而大小不變，則不會產生恒定的電場，故B錯誤；C中磁場隨時間均勻變化，則會產生恒定的電場，故C正確；D中磁場隨時間做正弦式變化，則會產生非均勻變化的電場，故D錯誤。]4．(新情境題，以“人眼感光”為背景，考查光子的能量)人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒鐘有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，已知c＝λν，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是多少？[解析]因只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。所以察覺到綠光所接收的最小功率P＝eq\f(E,t)，式中E＝6ε，又ε＝hν＝heq\f(c,λ)，可解得P＝eq\f(6×6.