人教版 (新课标)选修31 电磁波的发现学案

这是一份人教版 (新课标)选修31 电磁波的发现学案，共5页。学案主要包含了对麦克斯韦电磁场理论的理解，电磁波的特点有哪些？，电磁波与机械波的比较等内容，欢迎下载使用。




1．了解电磁波发现的过程，领会人类认识世界的认知规律。


2．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义。


3．知道变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。知道变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播就形成电磁波。


4．知道赫兹用实验证明了电磁波的存在，在人类历史上首先捕捉到了电磁波。





科学家们设想，为了进一步地开发利用太阳能，建设太空太阳能发电站，将发电站发射到同步轨道上，展开巨大的太阳能电池板，接收太阳能发电。发出的电要怎样才能输送到地球上呢？








提示：讨论利用电磁波的可行性。





1．伟大的预言


(1)变化的磁场产生电场


实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生________。





麦克斯韦对该问题的见解：回路里有________产生，一定是变化的________产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。


该现象的实质：变化的__________产生了电场。





(2)变化的电场产生磁场


麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，变化的电场也会在空间产生_______。


思考：变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？


2．电磁波


(1)电磁波的产生：如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就会在空间引起不均匀变化的______，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的______……于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成______。


(2)电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场强度和磁感应强度互相______，而且二者均与波的传播方向______，因此电磁波是____波。


(3)电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于______。





3．赫兹的电火花


(1)赫兹的实验：如图所示。


(2)实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环两个金属小球也跳过电火花。


(3)现象分析：当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种电磁场以__________的形式在空间传播。在______到达导线环时，它在导线环中激发出__________，使得导线环的空隙处也产生了火花。


(4)实验结论：赫兹证实了________的存在。


(5)赫兹的其他实验成果：赫兹做了一系列的实验，观察了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象，并通过测量证明，电磁波在______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。


思考：你能否列举出生活中的现象来证明电磁波的存在？





答案：1．(1)感应电流 感应电流 磁场 磁场 (2)磁场


思考


提示：变化的磁场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．(1)磁场 电场 电磁波 (2)垂直 垂直 横 (3)光速


3．(3)电磁波 电磁波 感应电动势 (4)电磁波 (5)真空


思考


提示：夏天打雷时正在收听的收音机里会发出“喀喀”的声音；手机接收信号时其附近的电视机会发出声音。这些现象能说明电磁波的存在。





一、对麦克斯韦电磁场理论的理解


1．电磁场的产生：如果在空间某处有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场，这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场……变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场。


2．麦克斯韦电磁场理论的要点


(1)恒定的磁场不会产生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场。


(2)均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场，同样，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场。


(3)振荡变化的磁场在周围空间产生同频率振荡的电场，同样，振荡变化的电场在周围空间产生同频率振荡的磁场。


电磁场是动态的，并且电场和磁场不可分割，磁感线、电场线都是闭合的曲线；静电场、静磁场是单独存在的，且电场线是非闭合曲线，静止的电场和磁场不是电磁场。


二、电磁波的特点有哪些？


1．同一种电磁波在不同介质中传播时，频率不变(频率由波源决定)，波速、波长发生改变。在介质中的速度都比真空中速度小，注意机械波在不同介质中速度不同，其传播速度由介质决定。


2．不同电磁波在同一介质中传播时，传播速度不同，频率越高波速越小，频率越低波速越大。


3．在真空中传播时，不同频率的电磁波的速度相同：v＝c，且c＝λf, λ＝eq \f(c,f)。


4．因为电磁波是交变电磁场互相激发产生的，所以电磁波传播时不需要介质，可在真空中传播。


5．电磁波是横波，电场方向与磁场方向都跟传播方向垂直。


6．电磁波遇到其他物体时，能发生反射、折射等现象。


7．电磁波具有波的共性，能产生干涉、衍射等现象。


8．电磁波可以脱离“波源”独立存在。电磁波发射出去后，产生电磁波的振荡电路停止振荡后，空间中的电磁波仍继续传播。


三、电磁波与机械波的比较





我们熟悉的声波、水波，它们都是机械波。电磁波和机械波一样都具有波的特性，可以发生反射、折射、干涉和衍射，都满足v＝eq \f(λ,T)，但电磁波是一种更特殊的波，它的电磁特性比机械波更复杂。





类型一 麦克斯韦电磁场理论


【例1】 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法中正确的是( )。


A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场


B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在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．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场


解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场才能产生磁场，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项正确。


答案：D


题后反思：“变化的磁场产生电场”的理解：


(1)恒定的磁场不产生电场。


(2)均匀变化的磁场产生恒定的电场。


(3)非均匀变化的磁场产生变化的电场。


(4)振荡的磁场产生同频率的振荡电场。


“变化的电场产生磁场”的理解：


(1)恒定的电场不产生磁场。


(2)均匀变化的电场产生恒定的磁场。


(3)非均匀变化的电场产生变化的磁场。


(4)振荡的电场产生同频率的振荡磁场。


类型二 电磁波与机械波的区别


【例2】电磁波和声波比较，下列说法中正确的是( )。


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，电磁波的速度减小，声波的速度变大


C．由空气进入水中时，电磁波的波长变小，声波的波长变大


D．由空气进入水中时，电磁波的频率变小，声波的频率变大


解析：电磁波本身是物质，传播不需要介质，而机械波的传播必须借助介质，机械波的波速由介质决定，电磁波进入介质后遵守折射原理，选项A、B正确；不论是电磁波还是机械波，频率是不变的，选项D错误；由公式λ＝eq \f(v,f)可知选项C正确。


答案：ABC


题后反思：电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性：干涉、衍射等，但它们具有本质的不同，如机械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。





1建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是( )。


A．法拉第 B．奥斯特


C．赫兹 D．麦克斯韦


2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


3关于电磁波，以下说法中正确的是( )。


A．电磁波本身就是物质，因此可在真空中传播


B．电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变


C．在真空中，频率高的电磁波波速较大


D．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失


4一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．产生稳定的磁场


B．产生变化的磁场


C．所产生的磁场又可以产生电场


D．产生的磁场和电场形成电磁波


5磁场的磁感应强度B随时间t变化的四种情况，如图所示，其中能产生电场的有________图所示的磁场，能产生持续电磁波的有________图所示的磁场。








答案：1．D 2.D


3．AB 由电磁场的物质特性可知A项正确。电磁波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，由可知，由真空进入介质时，速度变小，B项正确。任何频率的电磁波在真空中传播速度一样大，C项错误。波在传播过程中，当振源停止振动，已形成的波仍继续向远方传播，并不立即消失，D项错误。


4．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，所以产生了稳定的磁场，稳定的磁场不能产生电场，故A项正确，B、C、D项错误。


5．解析：据麦克斯韦的电磁场理论，可以做如下判断：A图的磁场是恒定的，不能产生新的电场，更不能产生电磁波；B图中的磁场是周期性变化的，可以产生周期性变化的电场，因而可以产生持续的电磁波；C图中的磁场是均匀变化的，能产生恒定的电场，而恒定的电场不能再产生磁场，不能产生向外扩展的电磁场，因此不能产生持续的电磁波；D图所示磁场是周期性变化的，能产生周期性变化的电场，能产生电磁波。


答案：BCD BD








机械波
电磁波
对象
研究力学现象
研究电磁现象
周期性变化的物理量
位移随时间和空间做周期性变化
电场强度E和磁感应强度B随时间和空间做周期性变化
传播
传播需要介质，波速与介质有关，与频率无关
传播不需要介质，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
产生
由质点(波源)的振动产生
由周期性变化的电流(电磁振荡)激发
干涉
可以发生
可以发生
衍射
可以发生
可以发生
横波
可以是
是
纵波
可以是
——