高中物理 第四章 第一节 电磁波的发现 第二节 电磁波谱精品课件 新人教版选修11.ppt

第四章电磁波及其应用 第四章电磁波及其应用 第一节电磁波的发现第二节电磁波谱 目标导航1 了解麦克斯韦电磁场理论 了解电磁波的形成和传播 重点 难点 2 知道波长 频率和波速的关系 知道电磁波在真空中的传播速度 重点 3 了解电磁波谱是由无线电波 红外线 可见光 紫外线 x射线 射线组成的 知道它们各自的特点与主要应用 一 伟大的预言1 变化的磁场产生 2 变化的电场产生 电场 磁场 二 电磁波1 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 这种电场和磁场的传播是一种 这就是电磁波 波动过程 2 传播速度 电磁波可以在真空中传播 它的传播速度等于 光也是一种 光速 电磁波 三 赫兹的电火花物理学家 用实验证实了电磁波的存在及麦克斯韦电磁理论的正确性 赫兹 想一想1 手机发射的是电磁波还是机械波 提示 是电磁波 因为手机信号能在真空中传播 四 波长 频率和波速1 概念 1 在波的传播 凸起的最高处 叫做 凹下的最低处叫做 相邻的两个波峰 或波谷 的距离叫 2 在一秒内所通过波峰或波谷的 叫波的频率 3 波的传播快慢用 来表示 波峰 波谷 波长 次数 波速 2 波长 频率和波速的关系波长 频率和波速三者的关系式为 即c f 3 电磁波在真空中传播的速度为c m s 波速 波长 频率 3 00 108 五 电磁波谱按电磁波的 或 大小的顺序把它们排列成谱 叫做电磁波谱 按波长由大到小的顺序 它们分别是 无线电波 可见光 和 波长 频率 红外线 紫外线 x射线 射线 六 电磁波的能量1 电磁波具有能量 电磁波是 存在的一种形式 2 微波炉的工作应用了一种电磁波 食物中的水分子在微波的作用下加剧了热运动 内能增加 温度升高 物质 微波 七 太阳辐射1 太阳光中含有可见光 x射线 射线 无线电波 2 辐射的能量主要集中在 和 三个区域内 眼睛正好接收 这个区域的辐射 红外线 紫外线 可见光 红外线 紫外线 可见光 想一想2 太阳光是包含各种颜色的白光 为什么清晨和傍晚的时候 我们看到太阳发红呢 提示 清晨或傍晚时 太阳光几乎平行于地平面 穿过的大气层最厚 波长较短的蓝光 紫光等侧向散射较多 剩下波长较长的红光 橙光透过大气射入我们的眼睛 所以看起来太阳就是红色的了 当天空中有云块时 云块为阳光所照射 也呈红色 从而形成了朝霞和晚霞 而正午时大气层最薄 散射不多 因此阳光仍然呈白色 学案导引1 麦克斯韦电磁场理论的两个核心是什么 2 什么样的电磁场才能形成电磁波 1 电磁场的产生 1 变化的磁场产生电场 如图4 1 1甲所示 这是电磁场理论的核心之一 在变化的磁场中放一个闭合电路 电路里将会产生感应电流 这是法拉第发现的电磁感应现象 麦克斯韦认为 这个现象的实质是变化的磁场周围产生电场 也正是由于这个电场的产生使得放在它里面的闭合电路出现电流 如图乙所示 这是一种普遍存在的现象 就算闭合电路不存在 电场也照样产生 而闭合电路的作用只是用来显示电场的存在 图4 1 1 2 变化的电场产生磁场 这是电磁场理论的核心之二 这个假设没有直接的实验做基础 它出于麦克斯韦对自然规律的洞察力 是一个大胆而且富有创造性的假设 自然规律有着和谐美和对称美 根据麦克斯韦理论 在给电容器充电的时候 不仅导体中的电流会产生磁场 而且在电容器两极板间变化着的电场 极板上的电荷量不断改变造成电场变化 周围也会产生磁场 2 对麦克斯韦电磁场理论的理解 1 恒定的电场不产生磁场 2 恒定的磁场不产生电场 3 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 4 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 5 如果在空间某处有周期性变化的电场 就在空间产生周期性变化的磁场 这个周期性变化的磁场又会引起新的周期性变化的电场 如此下去 变化的电场和磁场交替产生 从而形成由近至远传播的电磁波 某电路中电场随时间变化的图象如图4 1 2所示 能发射电磁波的电场是 图4 1 2 关键提醒 解答本题应注意以下两点 1 均匀变化的电场 磁场 产生恒定的磁场 电场 2 非均匀变化的电场 磁场 产生变化的磁场 电场 精讲精析 变化的电场可产生磁场 产生磁场的性质是由电场的变化情况决定的 均匀变化的电场产生稳定的磁场 非均匀变化的电场产生变化的磁场 振荡的电场产生同频率的振荡磁场 a中电场不随时间变化 不会产生磁场 b和c中电场都随时间做均匀变化 在周围空间产生稳定的磁场 这个磁场不能再激发电场 所以不能激起电磁波 d中是一振荡电场 它将在周围空间产生振荡的磁场 振荡的磁场又产生振荡的电场 从而形成一个不可分割的统一体 即电磁场 它由近及远的传播即为电磁波 故选项d正确 答案 d 变式训练1 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解析 选d 根据麦克斯韦电磁场理论 只有变化的电场能产生磁场 均匀变化的电场产生稳定的磁场 非均匀变化的电场才产生变化的磁场 故选d 学案导引1 电磁波的波速 频率和波长具备怎样的关系 2 电磁波的传播速度由哪些因素决定 1 电磁波传播时不需要介质 机械波传播必须在介质中传播 2 电磁波具有波的共性 能产生干涉 衍射现象 也能发生反射 吸收 折射等现象 它是物质存在的一种形式 也是能量传递的一种方式 4 在真空中传播时 不同频率的电磁波的传播速度相同 都等于光速 即v c 3 00 108m s 特别提醒 1 电磁波在介质中的传播速度小于在真空中的传播速度 在一般计算中认为电磁波在空气中的传播速度与真空中的传播速度相等 2 机械波和电磁波的频率取决于波源 从一种介质进入另一种介质时 波的频率不变 在真空中传播的波长为15m的电磁波 进入某一介质中传播时 若传播速度为2 108m s 该电磁波在介质中的波长是多少 关键提醒 解答本题的关键是知道电磁波从一种介质进入另一种介质时频率不变化 答案 10m 规律方法 解这类问题的方法 1 掌握电磁波的传播速度公式v f 2 电磁波从一种介质进入另一种介质时 频率不发生变化 波速发生变化 波长也发生变化 变式训练2 2012 广东学业水平考试 关于电磁波 下列说法正确的是 a 所有电磁波的频率相同b 电磁波只能在真空中传播c 电磁波在任何介质中的传播速度相同 d 电磁波在真空中的传播速度是3 0 108m s答案 d 学案导引1 电磁波谱按频率或波长排列的顺序是怎样的 2 不同电磁波各有什么用途 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象 请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上 1 x光机 2 紫外线灯 3 理疗医用 神灯 照射伤口 可使伤口愈合得较好 这里的 神灯 是利用 a 光的全反射b 紫外线具有很强的荧光作用c 紫外线具有杀菌消毒作用d x射线具有很强的贯穿能力e 红外线具有显著的热作用f 红外线波长较长 易发生衍射 关键提醒 熟记各种电磁波的特点和应用是解题的关键 精讲精析 1 x光机是用来透视人的体内器官的 因此需要具有较强穿透能力的电磁波 但又不能对人体造成太大的伤害 因此采用了x射线 2 紫外线灯主要是用来杀菌的 因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用 3 神灯 又称红外线灯 主要是用于促进局部血液循环 它利用的是红外线的热效应 使人体局部受热 血液循环加快 答案 1 d 2 c 3 e 变式训练3 2012 上海学业水平模拟 现代军事行动中 士兵都佩戴有 红外夜视仪 以便在夜间也能清楚地看清目标 这主要是因为 a 红外夜视仪 发射出强大的红外线 照射被视物体b 一切物体均不停地辐射红外线 c 一切高温物体不停地辐射红外线d 红外夜视仪 发射出 射线 放射物体受到激发而发出红外线解析 选b 一切物体都不停地向外辐射红外线 不同物体辐射出来的红外线不同 采用红外线接收器 可以清楚地分辨出物体的形状 大小和位置 而不受白天和夜晚的影响 选项b正确 机械波和电磁波的比较电磁波和机械波不同 机械波的传播速度与介质有关 电磁波的传播速度与介质和电磁波的频率均有关 1 在同一均匀介质中传播时 机械波的传播速度相同 在同一均匀介质中频率不同的电磁波传播速度不同 频率越高波速越小 频率越低波速越大 当波从一种介质进入另一种介质时频率不变 2 在不同的介质中传播时 频率相同的电磁波和机械波传播速度不同 经典案例 以下关于机械波与电磁波的说法中 正确的是 a 机械波与电磁波本质上是一致的b 机械波的波速只与介质有关 而电磁波在介质中的波速 不仅与介质有关 而且与电磁波的频率有关 c 机械波可能是纵波 而电磁波必定是横波d 它们都能发生反射 折射 干涉和衍射现象 审题指导 解答本题应注意电磁波和机械波的本质 波长 波速和频率与那些因素有关