2014-2015学年高中物理 4.1 电磁波的发现学案 新人教版选修1-1.doc

‎4.1 电磁波的发现 ‎[学习目标定位]　1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．了解变化的电场和磁场相互联系形成统一的电磁场及相关推理思维过程.2.了解电磁场在空间传播形成电磁波．知道机械波与电磁波的异同，认识光是以波动形式传播的一种电磁振动.3.了解赫兹捕捉电磁波的过程，及电磁波的产生在物理学发展史上的伟大意义．‎ 一、伟大的预言 ‎1．变化的磁场产生电场 ‎(1)在变化的磁场中如果有闭合的电路，由于穿过电路的磁通量的变化产生了感应电流，表明变化的磁场产生了电场．‎ ‎(2)变化的磁场中如不放闭合电路，也同样要在空间产生电场．‎ ‎2．变化的电场产生磁场 如果在空间有变化的电场，那么这个变化的电场也会产生磁场．‎ 二、电磁波 ‎1．电磁波的产生：如果在空间某区域有不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在空间引起变化的磁场；这个变化的磁场又会引起新的变化电场和磁场……于是，变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播．电磁场这样由近及远地传播，就形成电磁波．‎ ‎2．电磁波的特点 ‎(1)电磁波可以在真空中传播．‎ ‎(2)电磁波的传播速度等于光速．‎ ‎(3)光在本质上是一种电磁波．‎ 三、赫兹的电火花 ‎1．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹实验验证了电磁波的存在．‎ ‎2．赫兹实验验证了电磁波与光具有相同的性质，还测得电磁波与光具有相同的传播速度c.‎ 一、伟大的预言 ‎[问题设计]‎ 装置如图1所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中产生感应电动势，引起感应电流使灯泡发光，思考小灯泡为什么能发光？并阐述麦克斯韦根据法拉第发现的电磁感应现象推理变化的磁场产生电场的思维过程．‎ 4‎ 图1‎ 答案　由于交变电流产生的磁场在不断变化，所以穿过线圈的磁通量不断变化，在线圈中产生感应电动势，形成感应电流，小灯泡发光．麦克斯韦从场的观点进一步想到，产生感应电流时，一定是有了促使导体中自由电荷做定向运动的电场．因此，麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场．如果在这个空间有一个闭合电路，那么电路中的自由电荷就在这个电场作用下做定向运动，形成电流；即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样要在空间产生电场，故磁场变化时一定产生电场．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．电磁场 不均匀变化的磁场产生变化的电场，变化的电场又会引起变化的磁场，变化的电场和磁场是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，叫做电磁场．‎ ‎2．两条基本理论 ‎(1)变化的磁场在周围空间产生电场；‎ ‎(2)变化的电场也在周围空间产生磁场．‎ ‎3．深化理解 ‎(1)恒定的电场不产生磁场，恒定的磁场不产生电场；‎ ‎(2)均匀变化的磁场产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场；‎ ‎(3)振荡的磁场产生同频率振荡的电场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场．‎ ‎[延伸思考]‎ 麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，在其两个基本论点的基础上他做了什么推断？‎ 答案　变化的电场和磁场交替产生，由近及远地传播，麦克斯韦指出，这种电场和磁场的传播是一种波动过程，由此得出空间存在电磁波．‎ 二、电磁波 ‎[问题设计]‎ 关于电磁场和电磁波的理解，有一些同学展开了争论，你支持谁的看法，说出你的理由．‎ 同学甲：电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质．说明两种波是完全不同的，声波传播中的现象，电磁波一定没有．‎ 同学乙：电磁波是一种物质．‎ 同学丙：麦克斯韦预言电磁波的存在是自己异想天开得到的，没有任何科学依据．‎ 同学丁：光是以波动的形式传播的一种电磁振动．‎ 答案　乙和丁的看法是对的．电磁波是一种特殊的物质，光是一种电磁波．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．电磁波的特点 电磁波的传播不需要介质，在真空中也可以传播，电磁波传递电磁场的能量．在传播过程中，电磁波具有波的一切特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等现象．‎ ‎2．电磁波的波速：在真空中任何频率的电磁波的传播速度都跟光速相等，c＝3×‎108 m/s.‎ ‎3．电磁波和机械波的区别和相同点 ‎(1)电磁波是横波；机械波有横波和纵波两类．‎ ‎(2)电磁波传播的是电磁能；机械波传播的是机械能．‎ 4‎ ‎(3)电磁波传播不需要介质(在真空中也能传播)；机械波传播必须有介质．‎ ‎(4)电磁波在介质中传播时，波速既与介质有关也与波的频率有关；而机械波的波速只由介质的性质决定．‎ 三、赫兹的电火花 ‎[要点提炼]‎ ‎1．实验现象：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过了火花．‎ ‎2．原因分析：感应圈两个金属球间产生火花时，产生了一个迅速变化的电磁场，这个电磁场在空间传播，经过导线环时，在导线环中激发出感应电动势，使两小球间产生电压，电压足够高时小球间也产生了火花．‎ ‎3．意义：(1)证实了电磁波的存在和麦克斯韦理论的正确性．(2)证实了电磁波与光有相同的性质，说明了光是一种电磁波．‎ 一、麦克斯韦电磁场理论 例1　根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)‎ A．电场周围一定产生磁场，磁场周围也一定产生电场 B．变化的电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围也一定产生电场 C．变化的电场周围一定产生变化的磁场 D．电磁波在真空中的传播速度为3.00×‎108 m/s 解析　根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才能产生磁场，变化的磁场周围才能产生电场，但变化的电场周围不一定产生变化的磁场，如均匀变化的电场产生的是稳定的磁场，所以正确的选项是B、D.‎ 答案　BD 针对训练　某电路中电场随时间变化的图象如图所示，能发射电磁波的电场是(　　)‎ 答案　D 解析　A是稳定的电场不产生磁场，所以不产生电磁波；B、C的电场都是均匀变化的，会产生稳定的磁场，而稳定的磁场不会产生电场，所以不会产生电磁波；D是振荡的电场，会产生振荡的磁场，电场和磁场交替产生，在空间传播，就能形成电磁波．‎ 二、电磁波的理解 例2　下列关于电磁波的说法中正确的是(　　)‎ A．只要电场和磁场发生变化，就能产生电磁波 B．电磁波的传播需要介质 C．停止发射电磁波，发射出去的电磁波仍能独立存在 D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 解析　要想产生持续的电磁波，变化的电场(或磁场)产生的磁场(或电场)必须是非均匀变化的，所以A选项错误；电磁波是物质波，电磁波的传播可以不需要介质而在真空中传播，B选项错误；电磁波可以脱离“波源”而独立存在，C选项正确；电磁波可以使电荷移动，说明电磁波具有能量，电磁波传播的过程，也就是能量的传播过程，所以D正确．‎ 答案　CD 针对训练　对于声波和电磁波的比较，下面说法中正确的是(　　)‎ 4‎ A．它们都能发生反射现象 B．声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的 C．光是一种电磁波，B超利用的是超声波 D．它们都能在真空中传播 答案　ABC 解析　声波和电磁波都属于波，所以它们都具有波的共性，能发生反射现象，故选项A正确；但它们产生的机理不同，声音是由物体振动产生的，电磁波是由变化的电磁场产生的，故选项B正确；光是一种电磁波，B超利用的是超声波，故选项C正确；电磁波既能在介质中传播又能在真空中传播，而声波只能在介质中传播，故选项D错误．‎ ‎1．(物理学史)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是(　　)‎ A．法拉第 B．奥斯特 C．赫兹 D．麦克斯韦 答案　D ‎2．(电磁波)关于电磁场和电磁波的说法中正确的是(　　)‎ A．电场和磁场总是相互联系的，它们被统称为电磁场 B．电磁场由发生的区域向远处的传播就是电磁波 C．电磁波在真空中的传播速度是是3×‎108 m/s D．电磁波是一种物质，可以在真空中传播 答案　BCD ‎3．(麦克斯韦电磁场理论的理解)某电场中电场强度随时间变化的图象如图所示，能产生磁场的电场是(　　)‎ 答案　ABC ‎4．(电磁波与机械波的比较)下列关于机械波与电磁波的说法正确的是(　　)‎ A．声波是机械波，耳朵能够听到声波，是因为耳朵和声源之间有空气 B．水波的传播需要水，没有水就没有水波 C．电磁波传播需要空气，没有空气，即使产生了电磁波也不能传播 D．电磁波在真空中的传播速率等于光速 答案　ABD 4‎