高中物理人教版 (新课标)选修31 电磁波的发现学案设计

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修31 电磁波的发现学案设计，共3页。学案主要包含了例4－1，例4－2等内容，欢迎下载使用。




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：


①均匀变化的磁场(或电场)产生稳定的电场(或磁场)；


②非均匀变化的磁场(或电场)产生变化的电场(或磁场)；


③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：D


2．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λ、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v＝eq \f(λ,T)＝λf。


(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c＝3.0×108 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3.0×108 m/s


C．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：


答案：AC


3．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：①都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；②都满足v＝λf；③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


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4－1】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λ＝eq \f(v,f)，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4－2】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v＝fλ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：D





5．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


D．由于洛伦兹力不做功，不管加什么磁场都不能使带电粒子绕管运动


解析：本题考查应用麦克斯韦电磁场理论和牛顿运动定律的能力，磁场对静止的电荷不产生力的作用，但当磁场变化时可产生电场，电场对带电粒子产生电场力的作用，带电粒子在电场力作用下可以产生加速度，选B、C。


答案：BC








A
√
A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3.0×108 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
C
√
D
×
电磁波具备波的一切特征
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v＝fλ，都能传播能量