高中物理 第十四章 电磁波 1 电磁波的发现学案2 新人教版选修3-4.doc

1电磁波的发现1麦克斯韦理论(1)麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。(2)电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成了一个不可分离的统一场。(3)对麦克斯韦电磁场理论的理解：均匀变化的磁场(或电场)产生稳定的电场(或磁场)；非均匀变化的磁场(或电场)产生变化的电场(或磁场)；振荡磁场(或电场)产生同频率的振荡电场(或磁场)。麦克斯韦在建立电磁场理论的过程,中，提出了什么假设？运用了哪些物理思想？麦克斯韦提出了“变化的磁场产生电场”“变化的电场产生磁场”两个开创性的假说，研究中麦克斯韦采用了联想、推理、类比、对称等物理学的思想方法。【例1】关于电磁场理论，下列说法中正确的是()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解析：根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场才产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，只有d正确。答案：d2电磁波的特点(1)电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。(2)电磁波的传播速度等于光速c，光的本质是电磁波。谈重点：电磁波的波长和频率(1)两个相邻的波峰(或波谷)之间的距离等于电磁波的波长。电磁波在空间以一定的速度传播，其波长、频率f(或周期t)和波速之间的关系遵从波动的一般关系，即vf。(2)电磁波的频率即为电磁振荡的频率，它由波源决定，与介质无关。电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度，即电磁波在真空中的传播速度c3.0108 m/s。电磁波和光波一样，在介质中的传播速度都要小于真空中的传播速度，其大小与介质有关。【例2】下列关于电磁波的叙述，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3.0108 m/sc电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短d电磁波不能产生干涉、衍射现象解析：aa选项考查电磁波的产生机理，所以是正确的b电磁波在真空中波速为3.0108 m/s，在其他介质中波速都小于光速，其原因是频率不变，波长变短cd电磁波具备波的一切特征答案：ac3赫兹的实验(1)赫兹利用如图的实验装置，证实了电磁波的存在。(2)赫兹的其他实验成果赫兹通过一系列的实验，观察到了电磁波的反射、折射、干涉、衍射和偏振现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。【例3】雷雨天气，从收音机中会不断地传出很响的“咔嚓”声，这是为什么？解析：雷雨天形成闪电时会发出很强的电磁波，收音机接收到后会感应出电流，使扬声器发出声响，形成很响的“咔嚓”声。答案：见解析4电磁波与机械波的比较(1)机械波与电磁波的共性机械波与电磁波是本质上不同的两种波，但它们有共同的性质：都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；都满足vf；从一种介质传播到另一种介质，频率都不变。(2)电磁波与机械波的区别机械波电磁波对象研究力学现象研究电磁现象波速波速与介质有关，与频率无关在真空中波速总是c；在介质中传播时，波速与介质及频率都有关系传播传播需要介质传播无需介质特点有横波、纵波之分是横波产生由质点(波源)的振动产生由周期性变化的电场激发联系都具有波的一切特性。例如，都能发生干涉、衍射、反射、折射等。它们的波速、波长与频率的关系都是vf，都能传播能量点技巧：区分电磁波与机械波电磁波是电磁现象，声波是机械波，是力学现象，两者都具有波的特性反射、折射、干涉、衍射等，但它们具有本质的不同，如声波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播则不需要介质。机械波的波速仅由介质决定，而电磁波由介质和波的频率决定。【例41】电磁波与声波比较，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由介质决定，与频率无关解析：本题可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析，选项a、b均正确；根据，电磁波波速变小，频率不变，波长变小；声波速度变大，频率不变，波长变大，所以选项c正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，在同一种介质中，频率越大，波速越小，所以选项d错误。答案：abc【例42】某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是()a机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用b机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象c机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播d机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波解析：机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，如vf都适用，a说法对；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，b说法对；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，c说法对；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，d说法错。答案：d5麦克斯韦理论的应用(1)变化的电场可以产生磁场，但此磁场可能稳定也可能变化，如果电场是均匀变化的，所产生的磁场将稳定不变(此磁场不会再产生电场)，所以我们可以说“变化的电场产生磁场”，但不能说“变化的电场产生变化的磁场”。(2)能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能一直持续地再产生变化的磁场和电场，也就是说，所产生的磁场或电场必须是变化的，而不能是稳定的。(3)根据麦克斯韦电磁场理论，闭合电路中产生感应电流是因为闭合电路中受到了电场力作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合电路无关，故空间内磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律判断。(4)电磁波具备波的一切特征，由于电磁场本身就是一种物质，所以电磁波的传播不需要介质，电磁波在真空中的传播速度等于光速。【例5】如图所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，半径为r，有一带正电的粒子静止在管内，整个装置处于竖直向上的磁场中，要使带电粒子由静止开始沿管做圆周运动，所加磁场可能是()a匀强磁场b均匀增加的磁场c均匀减少的磁场