2019-2020学年高中物理 第4章 揭开电磁关系的奥秘 第4节 电和磁的完美统一学案 鲁科版选修1-1

第4节电和磁的完美统一1.了解历史上超距作用与近距作用之争，知道场是物质存在的形式之一2.知道什么是电磁波了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，体会其在物理学发展中的意义(重点难点)3.认识科学假说在物理学发展中的重大作用体会统一与对称思维方法在麦克斯韦电磁场理论中的应用体会实验验证在物理理论发展中的地位和作用一、“场”概念的建立过程在牛顿以前，没有接触的物体间发生相互作用有：“近距作用”和“超距作用”之争近距作用认为相互作用是通过一种中间媒介“以太”来传递的万有引力定律的成功建立，并未发现“以太”随着电磁学的发展，英国科学家法拉第根据实验事实，提出了电磁作用是“近距作用”的学说，认为在电荷或磁体周围存在着“场”，场是一种物质，又不同于实物，它可以相互渗透现代生活中，人们已经接受了“场”这种物质，它就存在于我们生活的空间，电视、手机、电脑等都在利用着这种物质二、麦克斯韦的预言1麦克斯韦电磁理论：变化的电场在周围产生磁场，变化的磁场在周围产生电场，均匀变化的电场(磁场)在周围产生稳定的磁场(电场)，非均匀变化的电场(磁场)在周围空间产生变化的磁场(电场)振荡的电场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡的磁场(电场)2电磁场：变化的电场在周围空间产生磁场，变化的磁场在周围空间产生电场于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，构成一个完整的整体，这就是电磁场3电磁波：电磁场由近及远地传播，形成电磁波电场具有电场能，磁场具有磁场能，电磁场具有电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播4电、磁、光的统一：电磁波的传播速度等于光速，从而预言光也是电磁波三、赫兹的求证在麦克斯韦建立电磁场理论后20多年，年青的德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在他还测定了电磁波的波长、频率，得到电磁波的传播速度，证实了这个速度等于光速，还进一步证明，电磁波和其他的波一样，能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等，充分证实了麦克斯韦的电磁场理论四、电磁场理论的意义“场”的理论的出现，很快就否定了“以太”学说，场本身就是物质，传播的过程根本就不需要其他的物质作媒介，这也是电磁波与机械波的最大不同电磁波的证实，推动了无线电的发展，电报、广播、电视、电脑的发明和应用，使人们在瞬息间就能知道世界各地发生的任何事情人类文明得到广泛传播，知识迅速普及知识点麦克斯韦电磁场理论的理解 1理论的实验基础实验装置如图甲所示，当穿过螺线管的磁场随时间变化时，上面的线圈中串联的灯泡发光，说明线圈中产生了感应电流(1)如图乙所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路(导体环)是否存在无关导体环的作用只是用来显示电流的存在(2)在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的2理论的理解(1)变化的电场周围空间产生磁场可结合电流的磁效应理解，电流周围存在着磁场把电流看作是定向运动的电荷，电荷周围存在着电场，运动的电荷周围存在着变化(运动)的电场，因此说：变化的电场周围空间产生磁场(2)变化的磁场周围空间产生电场可结合电磁感应现象理解，闭合电路处在变化的磁场中会产生感应电流，电流是电荷的定向移动，是什么力量推动电荷定向移动呢？是环形电场因此说：变化的磁场周围空间产生电场3怎样理解电磁波(1)电磁波就是变化的电磁场，是动态的，不是静电场和静磁场的简单组合(2)电磁波是物质的，传播不需要介质，是横波，交替出现的电场方向、磁场方向及电磁波的传播方向三者都互相垂直，电磁波的传播过程也是传递电磁场的能量的过程(3)电磁波的波长、波速、频率的关系为vf，电磁波在真空中传播的速度为3108 m/s.(4)发射电磁波是为了利用它传递某种信号，像文字、声音、图像等有关电磁场和电磁波的下列说法中正确的是()a电场周围一定存在磁场b磁场周围一定存在电场c变化电场周围一定存在磁场d变化磁场周围一定存在变化电场解析根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，均匀变化的磁(电)场周围产生稳定的电(磁)场周期性变化的磁(电)场周围产生同频率的周期性变化的电(磁)场，可知只有c项正确答案c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电磁波传播需要介质c停止发射电磁波，发射出去的电磁波不能独立存在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：选d.对电磁波的产生机制及传播途径要搞清，如果电场(或磁场)是均匀变化的，产生的磁场(或电场)是恒定的，就不能产生新的电场(或磁场)，也就不能产生电磁波电磁波不同于机械波，它的传播不需要介质，故应选d.随堂检测 1电磁场理论是谁提出的()a法拉第b.麦克斯韦c赫兹 d.安培解析：选b.电磁场理论是英国物理学家麦克斯韦于19世纪60年代提出的2电磁场理论预言了什么()a预言了变化的磁场能够在周围空间产生电场b预言了变化的电场能够在周围产生磁场c预言了电磁波的存在，电磁波在真空中的速度为光速d预言了电能够产生磁，磁能够产生电解析：选c.电磁场理论预言了电磁波的存在，并且提出，光也是一种电磁波，电磁波的传播速度等于光速3第一个用实验证实电磁波存在的物理学家是()a赫兹 b.爱因斯坦c麦克斯韦 d.法拉第解析：选a.1888年，德国物理学家赫兹通过实验证实了电磁波的存在4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传播速度均为3108 m/sc电磁波由真空进入介质传播时，波速不变d电磁波不能产生干涉、衍射现象解析：选a.电场、磁场相互激发并向外传播，形成电磁波，选项a正确电磁波只有在真空中波速为3108 m/s，在其他介质中均小于3108 m/s，选项b错光从真空进入介质，波速减小，所以选项c错电磁波具有波的一切性质，能产生干涉和衍射现象故选项d错5如图所示，a为某火箭发射场，b为山区，c为城市为了转播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550米，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.566米，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站来转发_(选填“无线电广播信号”或“电视信号”)这是因为：_.答案：电视信号电视信号的波长短，沿直线传播，受山坡阻挡，不易发生衍射课时作业一、选择题1第一个提出了“场”的思想的科学家是()a麦克斯韦 b.赫兹c法拉第 d.安培解析：选c.“场”的思想是英国物理学家法拉第最早提出的2根据麦克斯韦的电磁理论，下列说法中正确的是()a恒定的电场周围产生恒定的磁场，恒定的磁场周围产生恒定的电场b变化的电场周围产生磁场c均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场d均匀变化的电场周围产生稳定的电场解析：选b.根据麦克斯韦的电磁理论，均匀变化的电(磁)场周围产生稳定的磁(电)场周期性变化的电(磁)场周围产生周期性变化的磁(电)场3关于电磁场理论，下列说法正确的是()a在电场周围一定会产生磁场b任何变化的电场周围一定会产生变化的磁场c均匀变化的电场周围一定会产生变化的磁场d周期性变化的电场周围一定会产生周期性变化的磁场解析：选d.变化的电场周围一定会产生磁场，但若电场不发生变化，则不能在周围空间产生的磁场，所以a错均匀变化的电场在周围空间产生的磁场是不变的，只有不均匀变化的电场才能在周围空间产生变化的磁场，b错均匀变化的电场只能在周围空间产生稳定的磁场，c错周期性变化的电场(或磁场)在周围空间产生周期性变化的磁场(或电场)，因此选项d正确4下列设备不属于电磁辐射污染的是()a高压变电站 b.电视发射塔c移动电话发射塔 d.电灯答案：d5如图所示的四种电场中，哪一种能产生电磁波()解析：选d.图a表示的电场，其函数为ee0，是一个稳定的电场，它不能产生磁场，也就不能产生电磁波图b和图c表示的电场，其函数分别为ekte0和ekt，都是随时间均匀变化的它们能在周围空间产生一个稳定的磁场，而这个稳定的磁场就不能再产生电场了，因此b、c不能产生电磁波图d表示的电场，其函数为eemsin t，是一个按正弦规律变化的电场，是一种周期性的振荡电场，所以它要在周围空间产生同频率的振荡磁场，这个振荡磁场又会在其周围空间产生同频率的振荡电场，这样就形成了一个不可分割的变化的电场和变化的磁场组成的统一体，它向空间传播时就形成了电磁波所以d正确6关于麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是()a变化的磁场在周围空间一定会产生变化的电场b匀强电场和匀强磁场的叠加就是电磁场c电磁场传播的过程需要以太作为介质d光是一种电磁波解析：选d.均匀变化的磁场周围产生的是恒定电场，周期性变化的电场和磁场才能传播出去形成电磁波，电磁波是物质，传播不需要介质，abc全错，只有d正确7一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动，如图所示，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的()a动能不变b动能增大c动能减小d以上情况都可能解析：选b.当磁场均匀增大时，根据麦克斯韦电磁场理论，将产生一恒定的电场，带电粒子将受一电场力作用，该力对带电粒子做正功，所以粒子的动能将增大，选项b正确8关于电磁波的特点及应用，下列叙述中不正确的是()a由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机导航系统产生电磁干扰，所以在飞机起飞时一般不能使用手机b电磁波的传播不依赖于媒介c电磁波中每一处电场强度方向和磁感应强度方向总是相互垂直，并且与波的传播方向也垂直d有线电视的信号也是通过电磁波传送的解析：选d.由于手机在使用时要发射电磁波，对飞机产生电磁干扰，而飞机上的导航系统是非常复杂的，抗干扰能力不是很强，所以a正确；电磁波是电磁场由近及远在空间传播形成的，电磁波可以不依赖媒介而独立存在所以b正确；电磁波是横波，传播过程中电场强度和磁感应强度总是垂直，且与波的传播方向垂直c正确；有线电视通过传输线中的振荡电流来传送信号，不是通过电磁波传