2019-2020学年高中物理 第四章 电磁波与电信息技术 1 电磁波学案 教科版选修1-1

1电磁波1.了解电磁波的发现历程2.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想3.了解电磁波的产生和电磁波的基本性质一、麦克斯韦的大胆假设1变化的磁场产生电场如果在空间有变化的磁场，那么这个变化的磁场也会产生电场2变化的电场产生磁场如果在空间有变化的电场，那么这个变化的电场也会产生磁场二、电磁波存在的预言11864年，麦克斯韦建立的电磁场理论，预言了电磁波的存在，并推算出电磁波的传播速度等于光速他认为光是一种按照电磁规律在空间传播的电磁扰动2电磁波：由麦克斯韦的电磁理论可知，任何带电体振荡时，都会产生一个变化的电场，这个变化的电场会激发一个变化的磁场，变化的磁场又会激发一个新的变化的电场这个新的、变化的电场将在周围更远的空间又产生出新的变化的磁场如此反复，在带电体周围就会形成一个交替变化的电磁场，也叫电磁振荡电磁场向四周空间由近及远地传播，形成了电磁波三、电磁波存在的实验验证赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论四、电磁波的基本性质1电磁波像实物一样，具有能量与质量，是物质运动的一种形式2在真空中，电磁波的传播速度v等于光速c，即vc3108 m/s，光波实质上是一种电磁波3单位时间内电磁波所发送的能量与振动频率f有关；频率愈高，发送的能量愈多故无线电发射都选用较高的频率发射麦克斯韦电磁场理论学生用书p38麦克斯韦电磁场理论的核心思想是：变化的磁场可以产生电场，变化的电场可以产生磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场关于电磁场理论，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麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的电场产生磁场；变化的磁场产生电场根据麦克斯韦的电磁场理论，只有变化的电场周围才产生磁场，所以选项a错误非均匀变化的电场周围产生变化的磁场，均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场，所以选项b、c错误，选项d正确答案d电磁波与机械波的区别学生用书p39机械波、电磁波都是波，应有很多共同规律，它们由于产生机理不同，也应有各自的特点. 1相同点(1)都有波的一切特性，如：都能产生反射、折射、干涉、衍射等现象(2)波速、波长、频率之间具有同样的关系2不同点(1)产生机理不同：机械波是由机械振动产生的电磁波有由电子的周期性运动产生的(无线电波)，有由原子的外层电子受激发后产生的(红外线、可见光、紫外线)；有由原子的内层电子受激发后产生的(伦琴射线)；有由原子核受激发后产生的(射线)(2)介质对传播速度的影响不同机械波的传播速度由介质决定，与频率无关，即同种介质不同频率的机械波传播速度相同电磁波在真空中传播速度相同，均为3108m/s.在同种介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小机械波不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播，其原因是：机械波传播的是振动形式，通过振动形式传递能量，其本身不是物质，故不能在真空中传播；而电磁波是电磁场在空间的传播，本身就是物质，在真空中可以传播，而在介质中传播速度反而受影响电磁波和声波相比较，下列说法不正确的是( )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vf，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选项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，所以选项d错误答案d随堂检测学生用书p391在物理学史上，最先建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是( )a赫兹b爱因斯坦c麦克斯韦d法拉第答案：c2关于电磁场和电磁波，下列说法中正确的是( )a电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波b电场和磁场总是相互联系着，统称为电磁场c电磁波是一种物质，只能在真空中传播d电磁波传播的速度总是3108 m/s解析：选a.电磁波的传播不需要介质，在有介质的空间内可以传播，在真空中也可以传播，故选项c错误；在真空中，任何频率的电磁波的传播速度跟光速相等，但是在不同的介质中，电磁波的传播速度一般不同，故选项d错误；变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一体，这就是电磁场但是在某一区域存在独立的电场和磁场，不能叫电磁场，故选项b错误3如图所示的四种磁场变化情况，能产生图中电场的是( )答案：b4下列关于电磁波的说法正确的是( )a均匀变化的磁场能够在空间产生电场b电磁波在真空和介质中传播速度相同c只要有电场和磁场，就能产生电磁波d电磁波在同种介质中只能沿直线传播解析：选a.电磁波在真空中传播速度最大，c3108 m/s，在介质中传播速度v，n为介质折射率，选项b错误；均匀变化的电场或磁场，不能产生电磁波，选项c错误；电磁波在均匀介质中沿直线传播，选项d错误5类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效率在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处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：选d.波长、波速和频率的关系对任何波都是成立的，对电磁波当然成立，故a选项正确；干涉和衍射是波的特性，机械波、电磁波都是波，这些特性都具有，故b选项正确；机械波是机械振动在介质中传播形成的，所以机械波的传播需要介质，而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的，所以电磁波传播不需要介质，故c选项正确；机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其证据就是电磁波能够发生偏振现象，而偏振现象是横波才有的， d选项错误课时作业学生用书p90(单独成册)一、选择题1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法拉第答案：a2关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是( )a变化的电场和变化的磁场由近及远地向外传播，形成电磁波b电磁场是一种物质，不能在真空中传播c电磁波由真空进入介质中，传播速度变小，频率不变d电磁波的传播过程就是能量传播的过程解析：选acd.变化的电场和变化的磁场由近及远地向外传播，形成电磁波；电磁波可以在真空中传播，且传播速度大于在介质中的传播速度；电磁波的传播过程同时也是能量的传播过程3关于电磁波，下列说法中正确的是( )a在真空中，频率越高的电磁波速度越大b在真空中，电磁波的能量很大，传播速度可能很小c电磁波由真空进入介质，速度变小，频率也变小d只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失解析：选b.电磁波在真空中的传播速度都是光速，与频率、能量无关，而在介质中的传播速度要小于在真空中的传播速度一旦电磁波形成了，电磁场就会向外传播，当波源的电磁振荡停止了，只是不能产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会消失4按照麦克斯韦的电磁场理论，下列说法正确的是( )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，变化的磁场周围产生电场c均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场，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恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场解析：选bd.根据电磁场的基本理论，恒定的电场(磁场)不能产生磁场(电场)，变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场)，均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)，周期性变化的电场(磁场)产生同频率的周期性变化的磁场(电场)5关于电磁波在真空中的传播速度，下列说法中正确的是( )a频率越高，传播速度越大b电磁波的能量越多，传播速度越快c波长越长，传播速度越大d频率、波长以及能量都不影响电磁波的传播速度答案：d6某电路中电场随时间变化的图像如图所示，能发射电磁波的电场是( )解析：选d.a是稳定的电场不产生磁场，所以不产生电磁波，b、c的电场都是均匀变化的，会产生稳定的磁场，而稳定的磁场不会产生电场，所以不会产生电磁波，d是振荡的电场，会产生振荡的磁场，电场和磁场交替产生，在空间传播，就能形成电磁波7我国的卫星通信技术拥有自主知识产权，在世界上处于领先地位在北京发射的信号通过通信卫星可以转到上海被接收实现这种信号传递的是( )a超声波 b次声波c声波 d电磁波解析：选d.卫星通信应用的是电磁波，不是声波，所以只有d对8关于电磁波，以下说法正确的是( )a电磁波是能量存在的一种方式b电磁波能够传递能量c电磁波不是真实的物质d微波炉就是用微波的能量来煮饭烧菜的解析：选abd.电磁场是一种看不见，摸不着，但真实存在的客观物质，电磁波是电磁场在周围空间中传播而形成的，所以也是一种客观物质，选项c错误9一束持续电子流在电场力作用下做匀加速直线运动，则在其周围空间( )a产生恒定的磁场b产生变化的磁场c所产生的磁场又可产生电场d产生的磁场和电场形成电磁波解析：选a.因为持续的电子流被加速，虽然速度在增大，但形成的电流是不变的，所以产生了恒定的磁场，