人教版选修11 电磁波的发现 第1课时 学案.docx

4.1电磁波的发现 学习目标：1.了解电磁波的发现背景2伟大的预言3.知道麦克斯韦电磁理论及电磁场和电磁波【自主学习】麦克斯韦（james clerk maxwell，18311879），英国物理学家，经典电磁理论的奠基人1831年6月13日出生于爱丁堡1847年入爱丁堡大学听课，专攻数学他很重视实验，涉猎电化学、光学、分子物理学以及机械工程等等他说：“把数学分析和实验研究联合使用得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或单纯的数学家所具有的知识更加坚实、有益而牢固” 1850年考入剑桥大学，1854年以优异成绩毕业并获得了学位，留校工作1856年起任苏格兰阿伯丁的马里沙耳学院的自然哲学讲座教授，直到1874年经法拉第举荐，自1860年起任伦敦皇家学院的物理学和天文学教授1871年起负责筹划卡文迪什实验室，随后被任命在剑桥大学创办卡文迪什实验室并担任第一任负责人1879年11月5日麦克斯韦因患癌症在剑桥逝世，终年仅48岁 【课堂点拨与交流】一、电磁波的发现1、电磁波的发现背景a、麦克斯韦-科学神童b、法拉第对麦克斯韦的激励c、前人的工作成果2、伟大的预言a、变化的磁场产生电场-电磁感应现象b、假设-变化的电场会产生磁场c、预言电磁场的存在-1864年，麦氏发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。二、电磁场和电磁波1.、麦克斯韦电磁场理论：（1）变化的磁场产生电场（2）变化的电场产生磁场2、电磁波3、赫兹实验赫兹证实：（1）电磁场、电磁波的存在。（2）电磁波能反射、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。一天，赫兹在一间暗室里做实验。他在两个相隔很近的金属小球上加上高电压，随之便产生一阵阵噼噼啪啪的火花放电。这时，在他身后放着一个没有封口的圆环。当赫兹把圆环的开口处调小到一定程度时，便看到有火花越过缝隙。通过这个实验，他得出了电磁能量可以越过空间进行传播的结论。赫兹的发现公布之后，轰动了全世界的科学界，1887年成为了近代科学技术史的一座里程碑，为了纪念这位杰出的科学家，电磁波的单位便命名为-赫兹（hz）。 赫兹实验的意义：赫兹的发现具有划时代的意义，它不但证明了麦克斯韦理论的正确，更重要的是导致了无线电的诞生，开辟了电子技术的新纪元，标志着从“有线电通信”向“无线电通信”的转折点。也是整个移动通信的发源点，应该说，从这时开始，人类开始进入了无线通信的新领域。电磁波成果无线电报(1901)广播(1906)电话(1916)传真(1923)电视(1929)微波(1933)雷达(1935)卫星通讯电子计算机因特网等都与电磁波理论相关有关趣闻插曲：比赫兹实验早七年，一位叫戴维的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长g斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一天赐良机未与重视，使发现被埋没了。典例分析：例1.实验室里有一水平放置的平行板电容器，其电容c1 f。在两板带有一定电荷时，发现一粉尘恰好静止在两板间。还有一个自感系数l0.1 mh的电感器，现连成如图所示电路，试分析以下两个问题：(1)从s闭合时开始计时，经过105 s时，电容器内粉尘的加速度大小是多少？(2)当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大？解析：(1)s断开时，电容器内带电粉尘恰好静止，说明电场力方向向上，且f电mg，闭合s后，l、c构成lc振荡电路，t22105 s，经过105 s时，电容器间的电场强度反向，电场力的大小不变，方向竖直向下，由牛顿第二定律得a2g。(2)线圈中电流最大时，电容器两极间的电场强度为零，由牛顿第二定律可得ag，方向竖直向下。答案：(1)2g(2)g，方向竖直向下例2如图所示，线圈的自感系数l0.5 mh，电容器的电容c0.2 f，电源电动势e4 v，电阻的阻值r10 ，不计线圈和电源的内阻，闭合开关s，待电路中电流稳定后断开s，求：(1)lc回路的振荡频率；(2)lc回路振荡电流的有效值；(3)从断开s到电容器上极板带正电荷最多所经历的最短时间。解析：(1)根据f得f hz1.6104 hz。(2)开关s闭合，电路稳定时，流过线圈的电流i0.4 a故lc回路振荡电流的峰值为0.4 a，则有效值i有0.28 a。(3)由t2，得t6.28105 s。s断开时，电容器上的电荷量为零，然后电容器开始充电，且下极板带正电，因此最短经电容器上极板带正电荷最多，则最短时间为t6.28105 s4.7105 s。答案：(1)1.6104 hz(2)0.28 a(3)4.7105 s课堂练习：1(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【解析】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；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，选项d对【答案】ad2某闭合电路的电流或电压随时间变化的规律如图411所示，能发射电磁波的是()图411【解析】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【答案】c3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【解析】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【答案】a4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【解析】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，故选项a正确；但它们产生的机理不同，本质不同，选项b错误；电磁波是横波，机械波既有横波又有纵波，选项c错误；机械波不能在真空中传播，选项d错误【答案】a5手机a的号码为12345670002，手机b的号码为12345670008，手机a拨打手机b时，手机b发出响声并且显示屏上显示a的手机号码12345670002，若将手机a置于一透明真空罩中，用手机b拨打a，则发现手机a()a发出响声，并显示b的号码12345670008b不发出响声，但显示b的号码12345670008c不发出响声，但显示a的号码12345670002d既不发出响声，也不显示号码【解析】电磁波可以在真空中传播，而声波传播则需要介质当手机b拨打手机a时(a置于一透明真空罩中)，a能显示b的号码，不能发出响声，即选项b正确本题容易出现的问题是不能区分电磁波和机械波【答案】b6关于电磁波，下列说法正确的是()a光不是电磁波 b电磁波需要有介质才能传播c只要有电场和磁场，就可以产生电磁波d真空中，电磁波的传播速度与光速相同【答案】d7关于电磁场理论的叙述，正确的是()a变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关b周期性变化的磁场产生同频率变化的电场c变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个