电磁波的发现(导)学案

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3.1电磁波的发现

学习目标:

1.理解麦克斯韦的电磁场理论.

2.知道电磁波是如何形成的.

3.知道赫兹实验在物理学发展中的贡献.

4.掌握电磁波的传播速度.

重点: 掌握电磁波的传播速度理解麦克斯韦的电磁场理论

难点: 知道电磁波是如何形成的

自主预习:

[知识梳理]

一、麦克斯韦的电磁场理论

1.变化的磁场产生电场

(1)在变化的磁场中放一个闭合的电路,由于穿过电路的磁通量发生变化,电路里会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场.

(2)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.

2.变化的电场产生磁场

变化的电场也相当于一种电流,也在空间产生磁场,即变化的电场在空间产生磁场.3.麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在,而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一.二、电磁波及赫兹的火花实验

1.电磁场

(1)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的电场和磁场……于是,变化的电场和磁场交替产生,由近及远地传播,形成电磁波.

(2)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.

④光是以波动形式传播的一种电磁振动.

2.赫兹的火花实验

(1)赫兹首先捕捉到电磁波,在以后的一系列实验中,证明了电磁波与光具有相同的性质.他还测得,电磁波在真空中具有与光相同的传播速度c.

(2)赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论.

(3)赫兹被誉为无线电通信的先驱.后人为了纪念他,把频率的单位定为赫兹.

[基础自测]

1.思考判断

(1)均匀变化的磁场产生均匀变化的电场.(×)

(2)均匀变化的电场产生稳定的磁场.(√)

(3)稳定的电场也能产生变化的磁场.(×)

(4)电磁波的传播不需要介质.(√)

(5)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论.(√)

(6)电磁波的传播不需要介质,机械波的传播也不需要介质.(×)

2.(多选)根据麦克斯韦电磁理论,如下说法正确的是()

A .变化的电场一定产生磁场

B .均匀变化的电场一定产生均匀变化的磁场

C .稳定的电场一定产生稳定的磁场

D .振荡交变的电场一定产生同频率的振荡交变磁场

AD [根据麦克斯韦的电磁场理论,可知只有变化的电场和磁场才产生磁场和电场,选项A 正确,选项C 错误;均匀变化的电场产生的磁场是恒定的,振荡交变的电场一定产生同频率的振荡交变磁场,所以选项B 错误,选项D 正确.]

3.在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是( )

C [由电磁场理论,结合图象,则有:A 中磁场不变,则不会产生电场,故A 错误;B 中磁场方向变化,而大小不变,则不会产生恒定的电场,故B 错误;C 中磁场随着时间均匀变化,则会产生恒定的电场,故C 正确;

D 中磁场随着时间非均匀变化,则会产生非均匀变化的电场,故D 错误.]

[合 作 探 究·攻 重 难]

麦克斯韦的电磁理论的理解

19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦总结前人对电磁规律的研究成果,建立了

完善的电磁场理论,并预言了电磁波的存在,其主要内容为:变化的磁场产生电场,变化的电场产生磁场,要正确理解这个理论需要明确以下几点:

1.变化的磁场产生电场:均匀变化的磁场产生稳定的电场,周期性变化的振荡磁场能产生同周期性的振荡电场,这条理论的基础是法拉第的电磁感应现象.

2.变化的电场产生磁场:均匀变化的电场产生稳定的磁场,周期性变化的振荡电场产生同频率的振荡磁场,这一条是麦克斯韦的一个伟大的预言.

3.不均匀变化的磁场产生变化的电场,不均匀变化的电场产生变化的磁场.

4.变化的电场和磁场相互联系,形成一个统一的场,就是电磁场,而电磁场由近及远地向周围空间传播形成电磁波.

5.电场、磁场的变化关系:

有关电磁场理论的下列说法中,正确的是( )

A .任何变化的磁场都要在空间产生变化的电场

B .任何电场都要在周围空间产生磁场

C .任何变化的电场要在周围空间产生磁场

D .电场和磁场总是相互联系着,形成一个不可分离的统一体,即电磁场

思路点拨:根据麦克斯韦电磁理论的内容理解判断.

【解析】 根据麦克斯韦理论,均匀变化的磁场在周围空间产生的电场是稳定的,故

A

错.同理,并不是任何电场都会在周围空间产生磁场,故B错.电场和磁场并不总是相互联系着的,例如,静止电荷周围只有静电场,静止磁体周围只有稳定的磁场.只有变化的电场和变化的磁场才能形成一个不可分离的统一体,即电磁场,故D错.

【答案】 C

[针对训练]

1.某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图4-1-1所示,能发射电磁波的是()

图4-1-1

C[非均匀变化的电场产生变化的磁场,非均匀变化的磁场再产生变化的电场,从而形成电磁场,电磁场由近及远地传播,形成电磁波,故要求电流或电压是变化的,但不能是均匀变化的,C项正确.]

电磁波的特点及其与机械波的区别

1.电磁波的特点

(1)电磁波是横波,在传播方向上,任意一点的E和B都随时间按正弦规律变化,E和B 彼此垂直,且与电磁波的传播方向垂直.

(2)电磁场中储存电磁能,电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.

(3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波.

(4)电磁波可以在真空中传播,因为电磁波本身就是一种物质——场物质,所以传播时不再需要其他介质.任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于光在真空中的速度,即c=3.0×108 m/s,电磁波传播虽然不需要介质,但在其他介质中的速度都比在真空中的小.

(5)电磁波能产生反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象.

①麦克斯韦不仅预言了电磁波的存在,而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一.

②赫兹用实验证明了电磁波的存在,并研究了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象,证明了电磁波与光具有相同的性质,测出了电磁波在真空中的传播速度与光速c相同.

(多选)电磁波和声波相比较,下列说法正确的是()

A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质

B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大

C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大

D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定的,与频率无关

思路点拨:波速公式形式相同,但波速不同,波传播过程中频率不变.

【解析】此题考查电磁波和声波的区别,可从它们的特点上分析,A、B符合物理事实所以正确.根据v=λf,电磁波速度变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所以C正确.电磁波在介质中的速度,与介质有关,也与频率有关,在同一介质中频率越大,波速越小,所以D错误.

【答案】ABC

[注意事项]

(1)电磁波和机械波从一种介质进入另一种介质时,频率都不变,但机械波的传播需要介质,而电磁波的传播不需要介质.

(2)v=λf是机械波和电磁波都能用的公式.

[针对训练]

2.电磁波与机械波相比,以下说法正确的是()

A.它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象

B.它们在本质上是相同的,只是频率不同而已

C.它们都可能是横波,也可能是纵波

D.它们都能在真空中传播

A[二者都属于波,都具有波的共性,能发生反射、折射、干涉、衍射等现象,故A正确;但它们产生的机理不同,本质不同,B错误;电磁波是横波,机械波既有横波又有纵波,C错误;机械波不能在真空中传播,D错误.]

[当堂达标·固双基]

1.第一个用实验验证电磁波客观存在的科学家是()

A.法拉第

B.奥斯特

C.赫兹

D.麦克斯韦

C[麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹用实验验证了电磁波的存在,故C正确,ABD 错误.]

2.关于电磁场,下列说法中不正确的是()

A.在一个磁铁旁放一带电体,则两者周围空间就形成了电磁场

B.电磁场既不同于静电场,也不同于静磁场

C.电磁场中的电场和磁场是不可分割的一个统一体

D.电磁场中的电场的变化频率和磁场的变化频率是相同的

A[电磁场是变化的电场和变化的磁场形成的不可分割的统一场,而不是静电场和静磁

场简单的复合.所以选项A错.]

3.(多选)下列关于电磁波的叙述中,正确的是()

A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播

B.电磁波在任何介质中的传播速度均为c

C.电磁波在真空中传播时,传播速度为c

D.光是一种电磁波

ACD[电磁波由电磁场发生区域向远处传播,电磁波在真空中的传播速度为c,故选项A、C、D正确.]

4.关于电磁场理论,下列说法正确的是()

A.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场

B.在变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围一定产生变化的电场C.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场

D.周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场

D[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,所以A错,而非均匀变化的电场产生变化的磁场,均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,所以B、C错.]

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/wn2e.html

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