魯科版（2019）高中物理必修第三冊講義第5章 第3節(jié)　初識電磁波及其應(yīng)用 第4節(jié)　初識光量子與量子世界練習(xí)（含答案）

第3節(jié)初識電磁波及其應(yīng)用第4節(jié)初識光量子與量子世界學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道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，能解釋相關(guān)的自然現(xiàn)象。2.[科學(xué)思維]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.[科學(xué)探究]能上網(wǎng)查詢，提出與電磁場、電磁波、光子等相關(guān)的問題，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形成結(jié)論，能主動(dòng)與他人交流實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果。4.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]能體會(huì)電磁技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會(huì)發(fā)展帶來的影響，能理性討論電磁污染及其防護(hù)問題。通過對場的認(rèn)識，能體會(huì)人類對自然界的認(rèn)識是不斷發(fā)展的。一、電磁波及其應(yīng)用1．電磁波的產(chǎn)生周期性變化的磁場周圍會(huì)產(chǎn)生周期性變化的電場，周期性變化的電場周圍也會(huì)產(chǎn)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(huì)在空間形成一個(gè)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．麥克斯韋提出了電磁場理論，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。3．電磁波的應(yīng)用電磁污染及防護(hù)(1)1901年，馬可尼成功地進(jìn)行了跨越大西洋的無線電通信，實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次遠(yuǎn)距離無線電通信。1906年，美國物理學(xué)家費(fèi)森登(R.Fessenden,1866—1932)進(jìn)行了人類歷史上第一次無線電廣播。(2)手機(jī)通話是靠一種特殊的無線通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。(3)電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。隨著無線電技術(shù)、微波技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，地面電磁輻射的密度和功率大幅度增加，電磁污染已成為一種威脅人類健康的無形污染。說明：電磁波是一種客觀存在的物質(zhì)，具有能量。二、光量子與量子世界德國物理學(xué)家普朗克最早提出量子假說，量子假說認(rèn)為，物質(zhì)輻射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍。E＝nε(n＝1,2,3，…)輻射是由一份份的能量組成的，就像物質(zhì)是由一個(gè)個(gè)原子組成的一樣。一份能量就是一個(gè)能量子，能量子的能量ε與頻率ν成正比。ε＝hν式中，h＝6.626176×10－34J·s。這是普朗克引進(jìn)的一個(gè)物理普適常量，稱為普朗克常量。注意：能量子：不可再分割的最小能量值。1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)麥克斯韋通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。 (×)(2)變化的磁場可以產(chǎn)生電場，但變化的電場不能產(chǎn)生磁場。 (×)(3)雷達(dá)是通過接收障礙物發(fā)出的電磁波來確定物體位置的。 (×)(4)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (√)2．下列說法中正確的是()A．任何變化的磁場都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，振蕩磁場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場B．任何電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場C．任何變化的電場都要在周圍空間產(chǎn)生磁場，振蕩電場在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場D．電場和磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場C[根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場。故C正確。]3．普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是()A．人的個(gè)數(shù) B．物體所受的重力C．物體的動(dòng)能 D．物體的長度A[依據(jù)普朗克量子化觀點(diǎn)，能量是不連續(xù)的，是一份一份地變化的，屬于“不連續(xù)的，一份一份”的概念的是A選項(xiàng)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。]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(chǎn)生電場的電場線和以前所學(xué)靜電場的電場線有區(qū)別嗎？(2)變化的磁場一定能產(chǎn)生電磁波嗎？為什么？提示：(1)變化的磁場所產(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)不一定，均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場，如果變化的磁場能產(chǎn)生變化的電場，變化的電場又能產(chǎn)生變化的磁場，才能在周圍空間產(chǎn)生電磁波。1．變化的磁場產(chǎn)生電場如圖所示，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。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。(如圖所示)。3．變化的磁場產(chǎn)生電場(1)均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場。(2)非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場。(3)周期性變化的磁場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場。4．變化的電場產(chǎn)生磁場(1)均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場。(2)非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場。(3)周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場?！纠?】關(guān)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(guān)B．周期性變化的磁場產(chǎn)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(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場思路點(diǎn)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(gè)整體D[故D符合題意。]在理解麥克斯韋的電磁場理論時(shí)，要注意靜電場不產(chǎn)生磁場，靜磁場也不產(chǎn)生電場，還要注意根據(jù)電場或磁場的變化情況來確定所產(chǎn)生的是什么樣的磁場或電場。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．某電路中電場隨時(shí)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(shí)間變化，不會(huì)產(chǎn)生磁場；圖B和圖C中電場都隨時(shí)間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生恒定的磁場，也不會(huì)產(chǎn)生和發(fā)射電磁波；圖D中電場隨時(shí)間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，而這磁場的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場，從而交織成一個(gè)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。]光的量子化與量子世界普朗克的能量量子化的觀點(diǎn)與宏觀世界中的我們對能量的認(rèn)識有什么不同？提示：宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點(diǎn)則認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)最小能量單位，即能量是不連續(xù)的。宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的是因?yàn)槊恳粋€(gè)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(shí)，單個(gè)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(shí)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(gè)中間狀態(tài)。2．在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時(shí)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。【例2】(多選)對于帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說法正確的是()A．以某一個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收B．輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)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(diǎn)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(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吸收的，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)輻射或吸收能量時(shí)，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。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．(多選)關(guān)于對普朗克能量子假說的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收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．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)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(shù)倍，A錯(cuò)誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確。]1．物理觀念：電磁場、電磁波、光的量子化、ε＝hν。2．科學(xué)思維：理解電磁波的產(chǎn)生原理并能解釋相關(guān)現(xiàn)象，掌握能量子，初識量子世界。3．科學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)法、假設(shè)法、計(jì)算法等。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(guān)B．恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場C．恒定電場能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場D．均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場ABD[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；電場按其是否隨時(shí)間變化分為恒定電場和變化的電場(如運(yùn)動(dòng)電荷形成的電場)，恒定電場不產(chǎn)生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應(yīng)磁場，故C錯(cuò)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(chǎn)生恒定的感應(yīng)電場的是()C[A中磁場不變，則不會(huì)產(chǎn)生電場，故A錯(cuò)誤；B中磁場方向變化，而大小不變，則不會(huì)產(chǎn)生恒定的電場，故B錯(cuò)誤；C中磁場隨時(shí)間均勻變化，則會(huì)產(chǎn)生恒定的電場，故C正確；D中磁場隨時(shí)間做正弦式變化，則會(huì)產(chǎn)生非均勻變化的電場，故D錯(cuò)誤。]4．下列關(guān)于電磁波的說法，正確的是()A．只要有電場和磁場，就能產(chǎn)生電磁波B．電場隨時(shí)間變化時(shí)，一定產(chǎn)生電磁波C．做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)產(chǎn)生電磁波D．麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在C[只有變化的電場和磁場，才能激發(fā)電磁波，而穩(wěn)定的電場和磁場不能產(chǎn)生電磁波，A錯(cuò)誤；均勻變化的電場，產(chǎn)生恒定的磁場，但是恒定的磁場不能產(chǎn)生電場，故不能產(chǎn)生電磁波，B錯(cuò)誤；做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)在空間產(chǎn)生變化的電磁場，形成電磁波，C正確；赫茲證實(shí)了電磁波的存在，D錯(cuò)誤。]5．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(shí)，只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就