湖南省株洲市鳳凰中學(xué)高二物理 4.1《電磁波及其應(yīng)用》教案

1、第三章 電磁波及其應(yīng)用 第 1 節(jié) 電磁波的發(fā)現(xiàn)【目標(biāo)導(dǎo)航】:1理解麥克斯韋電磁場理論的兩個(gè)支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場、變化的電場產(chǎn)生磁場。了解變化的電場和磁場相互聯(lián)系形成統(tǒng)一的電磁場。2了解電磁場在空間傳播形成電磁波。3了解麥克斯韋電磁場理論和赫茲實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展中的地位。體會兩位科學(xué)家研究物理問題的思想方法。【迷津指點(diǎn)】: 2-4T知識點(diǎn)1電磁場理論的兩個(gè)基本要點(diǎn)、 變化的磁場產(chǎn)生電場，這種電場與不同于靜電場，是一種脫離電荷存在的漩渦電場。、 變化的電場產(chǎn)生磁場，因?yàn)辂溈怂鬼f相信電場和磁場具有對稱之美，所以大膽假設(shè)。例題1 下列說法符合麥克斯韋電磁場理論的是（）A在電場周圍一定存在磁場B在磁

2、場周圍一定存在電場C變化的磁場產(chǎn)生電場D變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場解析：穩(wěn)定磁場和電場周圍都不產(chǎn)生電場和磁場，故AB錯(cuò)，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故D錯(cuò)，答案為C知識點(diǎn)2 電磁波是怎樣產(chǎn)生的：如果在空間某處發(fā)生了周期性變化的電場，就會在空間引起周期性變化的磁場，這個(gè)周期性變化的磁場又會在較遠(yuǎn)的空間引起新的周期性變化的電場，新的周期性變化的電場又會在更遠(yuǎn)的空間引起新的周期性變化的磁場這樣，電磁場就由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開去，形成了電磁波。例2 根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,下列說法中錯(cuò)誤的是A、變化的電場可產(chǎn)生磁場B、均勻變化的電場可產(chǎn)生均勻變化的磁場C、振蕩電場能夠產(chǎn)生振蕩磁場D、振蕩磁場能

3、夠產(chǎn)生振蕩電場解析：麥克斯韋電磁場理論的含義是變化的電場可產(chǎn)生磁場，而變化的磁場能產(chǎn)生電場；產(chǎn)生的場的形式由原來的場的變化率決定，可由原來場隨時(shí)間變化的圖線的切線斜率判斷,可見，均勻變化的電場的變化率恒定，產(chǎn)生不變的磁場，B說法錯(cuò)誤；其余正確答案：ACD知識點(diǎn)3對電磁波的認(rèn)識、 麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，非均勻變化的磁場（或電場）在將在空間由近及遠(yuǎn)激發(fā)一系列電場和磁場。、 電磁波的特性，電磁波可以在真空中傳播，波速等于光速，具有能量。、 光是以波動(dòng)形式傳播的一種電磁振動(dòng)，即光是電磁波。、 電磁波的波長、頻率、波速三者之間的關(guān)系是： 此式為真空中傳播的電磁波各物理量之間的關(guān)系式。例題3 以下有

4、關(guān)在真空中傳播的電磁波的說法正確的是 ( )A頻率越大，傳播的速度越大B頻率不同，傳播的速度相同C頻率越大，其波長越大D頻率不同, 傳播速度也不同解析：電磁波再真空中的傳播速度為光速c,與頻率無關(guān)。答案：B【教學(xué)題庫】：師用、下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是： (上海)A.電磁波是電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速度均為3108 m/sC.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)時(shí)傳播時(shí)，波長將變短D.電磁波不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象解析：電磁波和機(jī)械波既有相同的地方，也有不同之處，干涉和衍射現(xiàn)象是它們所共有的，電磁波的傳播不需要介質(zhì)，但可以在介質(zhì)中傳播，機(jī)械波需要介質(zhì)，不能在真空中傳播。電磁波

5、是電磁場由發(fā)生區(qū)域由近及遠(yuǎn)向四周傳播的，所以正確，電磁波在真空的傳播速度等于光速，為，當(dāng)電磁波在某種介質(zhì)中傳播時(shí)，速度要減小，變?yōu)椋瑸樵摻橘|(zhì)的折射率，故錯(cuò)誤。電磁波由真空進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)，波長要改變，由，即在某種介質(zhì)中的波長要小于在真空中的波長，所以C正確，干涉和衍射是一切波具有的特性，當(dāng)然電磁波也不例外，所以D是錯(cuò)誤的。、關(guān)于電磁場和電磁波的正確說法是 ( )A電場和磁場總是相互聯(lián)系的，它們統(tǒng)稱為電磁場B電磁場由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播形成電磁波C在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，磁場周圍一定產(chǎn)生電場D電磁波是一種波，聲波也是一種波，理論上它們是同種性質(zhì)的波動(dòng)解析：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，

6、聲波是一種機(jī)械波，需要介質(zhì)才能傳播。所以答案為。【基礎(chǔ)過關(guān)】：1.電磁波可以通過電纜進(jìn)行有線傳播，也可以實(shí)現(xiàn) 傳輸。解析：電磁波又稱為可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)，所以答案：無線1、電磁場理論是誰提出的（ ）A、法拉第 B、赫茲 C、麥克斯韋 D、安培答案：C2、電磁場理論是哪國的科學(xué)家提出的（ ）A、法國 B、英國 C、美國 D、中國答案：B3、電磁場理論預(yù)言了什么（ ）A、預(yù)言了變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場B、預(yù)言了變化的電場能夠在周圍產(chǎn)生磁場C、預(yù)言了電磁波的存在，電磁波在真空中的速度為光速D、預(yù)言了電能夠產(chǎn)生磁，磁能夠產(chǎn)生電解析：麥克斯韋理論預(yù)言了電磁波的存在，但是當(dāng)時(shí)沒有實(shí)驗(yàn)證實(shí)

7、，答案C4、關(guān)于電磁場的理論，下面說法中正確的是（ ）A、變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場一定是變化的B、變化的電場周圍產(chǎn)生的磁場不一定是變化的C、均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生的電場也是均勻變化的D、振蕩電場周圍產(chǎn)生的磁場也是振蕩的解析：均勻變化的磁場或電場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場或磁場，故答案D5、按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（ ）A、恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場B、變化的電場周圍產(chǎn)生磁場C、均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D、均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場解析：均勻變化的磁場或電場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場或磁場，故答案BD6、電磁波能夠發(fā)生一下現(xiàn)象（ ）A、發(fā)射 B、折射

8、 C、干涉 D、衍射解析：電磁波具有波的一切性質(zhì)，ABCD7. 電磁波在傳播過程中，保持不變的物理量是 ( )A頻率 B波長 C振幅 D波速答案：8. 按照麥克斯韋的電磁場理論，以下說法中正確的是（ ）A恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場B變化的電場周圍產(chǎn)生磁場C均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場D均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場答案：【拓展演練】：1、關(guān)于電磁波，下列說法中正確的是（ ）A、電磁波既能在媒質(zhì)中傳播，又能在真空中傳播B、只要有變化的電場，就一定有電磁波存在C、電磁波在真空中傳播時(shí)，頻率和波長的乘積是一個(gè)恒量D、振蕩電路發(fā)射電磁波的過程也是向外輻射能量的

9、過程解析：只有非均勻變化的電場才能產(chǎn)生電磁波，所以B錯(cuò)誤，答案ACD2、以下電場能產(chǎn)生電磁波的為（ ）A、 N/C B、N/SC、 N/C D、 N/C答案： B 電場和磁場是非均勻變化3、比較電磁波和機(jī)械波，下列說法正確的是( )A、電磁波可以在真空中傳播，機(jī)械波的傳播要依賴于介質(zhì)B、電磁波和聲波都是縱波C、電磁波是橫波D、電磁波在有的介質(zhì)中是橫波，在有的介質(zhì)中是縱波答案； AC4. 電磁波和機(jī)械波有許多可比之處，某同學(xué)經(jīng)過比較之后，得到一些結(jié)論，你認(rèn)為錯(cuò)誤的是 ( )我們熟悉的聲波和水波都是機(jī)械波機(jī)械波的傳播需要介質(zhì)，在真空中不能傳播電磁波的傳播不需要介質(zhì)某天，我們兩個(gè)航天員在太空漫步，他

10、們相互通話可以直接聽到，不需要借助電磁波電磁波在真空中的傳播速度等于光速電磁場具有能量電磁場是麥克斯韋預(yù)言的理想模型，它在客觀中并不存在解析：電磁波通訊技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到我們生活中的各個(gè)方面，聲波為機(jī)械波，在無介質(zhì)的真空中不能傳播，所以答案為DG5、如果電場的變化如圖所示，則產(chǎn)生的磁場隨時(shí)間變化的圖形如何？解析：均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場6、簡述赫茲實(shí)驗(yàn)的原理。答案：將兩段共軸的黃銅桿作為振蕩偶極子的兩半，A、B中間留有空隙，空隙兩邊桿的端點(diǎn)上焊有一對光滑的黃銅球。將振子的兩半聯(lián)接到感應(yīng)圈的兩極上，感應(yīng)圈間歇地在A、B之間產(chǎn)生很高的電勢差。當(dāng)黃銅球間隙的空氣被擊穿時(shí)，電流往復(fù)振蕩通過間隙產(chǎn)生電火

11、花。由于振蕩偶極子的電容和自感均很小，因而振蕩頻率很高，從而向外發(fā)射電磁波。但由于黃銅桿有電阻，因而其上的振蕩電流是衰減的，故發(fā)出的電磁波也是衰減的，感應(yīng)圈以每秒的頻率一次又一次地使間隙充電，電偶極子就一次一次地向外發(fā)射減幅振蕩電磁波。探測電磁波則是利用電偶極子共振吸收的原理來實(shí)現(xiàn)的?！疚锢砺健浚簬熡?.赫茲 (1857-1894) 簡介赫茲，德國物理學(xué)家，生于漢堡。早在少年時(shí)代就被光學(xué)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)所吸引。十九歲入德累斯頓工學(xué)院學(xué)工程，由于對自然科學(xué)的愛好，次年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，在物理學(xué)教授亥姆霍茲指導(dǎo)下學(xué)習(xí)。1885年任卡爾魯厄大學(xué)物理學(xué)教授。1889年，接替克勞修斯擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授，直到

12、逝世。赫茲對人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。赫茲在柏林大學(xué)隨赫爾姆霍茲學(xué)物理時(shí)，受赫爾姆霍茲之鼓勵(lì)研究麥克斯韋電磁理論，當(dāng)時(shí)德國物理界深信韋伯的電力與磁力可瞬時(shí)傳送的理論。因此赫茲就決定以實(shí)驗(yàn)來證實(shí)韋伯與麥克斯韋理論誰的正確。依照麥克斯韋理論，電擾動(dòng)能輻射電磁波。赫茲根據(jù)電容器經(jīng)由電火花隙會產(chǎn)生振蕩原理，設(shè)計(jì)了一套電磁波發(fā)生器，赫茲將一感應(yīng)線圈的兩端接于產(chǎn)生器二銅棒上。當(dāng)感應(yīng)線圈的電流突然中斷時(shí)，其感應(yīng)高電壓使電火花隙之間產(chǎn)生火花。瞬間后，電荷便經(jīng)由電火花隙在鋅板間振蕩，頻率高達(dá)數(shù)百萬周。由麥克斯韋理論，此火花應(yīng)產(chǎn)生電磁波，于是赫茲設(shè)計(jì)了一簡單的檢波器來探測此電磁波。他將一小段導(dǎo)線

13、彎成圓形，線的兩端點(diǎn)間留有小電火花隙。因電磁波應(yīng)在此小線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而使電火花隙產(chǎn)生火花。所以他坐在一暗室內(nèi)，檢波器距振蕩器10米遠(yuǎn)，結(jié)果他發(fā)現(xiàn)檢波器的電火花隙間確有小火花產(chǎn)生。赫茲在暗室遠(yuǎn)端的墻壁上覆有可反射電波的鋅板，入射波與反射波重疊應(yīng)產(chǎn)生駐波，他也以檢波器在距振蕩器不同距離處偵測加以證實(shí)。赫茲先求出振蕩器的頻率，又以檢波器量得駐波的波長，二者乘積即電磁波的傳播速度。正如麥克斯韋預(yù)測的一樣。電磁波傳播的速度等于光速。1888年，赫茲的實(shí)驗(yàn)成功了，而麥克斯韋理論也因此獲得了無上的光彩。赫茲在實(shí)驗(yàn)時(shí)曾指出，電磁波可以被反射、折射和如同可見光、熱波一樣的被偏振。由他的振蕩器所發(fā)出的電磁波

14、是平面偏振波，其電場平行于振蕩器的導(dǎo)線，而磁場垂直于電場，且兩者均垂直傳播方向。1889年在一次著名的演說中，赫茲明確的指出，光是一種電磁現(xiàn)象。第一次以電磁波傳遞訊息是1896年意大利的馬可尼開始的。1901年，馬可尼又成功的將訊號送到大西洋彼岸的美國。20世紀(jì)無線電通訊更有了異常驚人的發(fā)展。赫茲實(shí)驗(yàn)不僅證實(shí)麥克斯韋的電磁理論，更為無線電、電視和雷達(dá)的發(fā)展找到了途徑。1887年11月5日，赫茲在寄給亥姆霍茲一篇題為論在絕緣體中電過程引起的感應(yīng)現(xiàn)象的論文中，總結(jié)了這個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。接著，赫茲還通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了電磁波是橫波，具有與光類似的特性，如反射、折射、衍射等，并且實(shí)驗(yàn)了兩列電磁波的干涉，同時(shí)證實(shí)了

15、在直線傳播時(shí)，電磁波的傳播速度與光速相同，從而全面驗(yàn)證了麥克斯韋的電磁理論的正確性。并且進(jìn)一步完善了麥克斯韋方程組，使它更加優(yōu)美、對稱，得出了麥克斯韋方程組的現(xiàn)代形式。此外，赫茲又做了一系列實(shí)驗(yàn)。他研究了紫外光對火花放電的影響，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，即在光的照射下物體會釋放出電子的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)，后來成了愛因斯坦建立光量子理論的基礎(chǔ)。1888年1月，赫茲將這些成果總結(jié)在論動(dòng)電效應(yīng)的傳播速度一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。1888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重

16、要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。赫茲對人類文明作出了很大貢獻(xiàn)，正當(dāng)人們對他寄以更大期望時(shí)，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字來命名各種波動(dòng)頻率的單位，簡稱“赫”。赫茲也是是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中的周期性變動(dòng)重復(fù)次數(shù)的計(jì)量。赫茲的名字來自于德國物理學(xué)家海因里希魯?shù)婪蚝掌?。其符號是Hz。2、赫茲的缺憾赫茲對于物理現(xiàn)象的敏銳洞察力，來自對基本理論的深入理解。赫茲在實(shí)驗(yàn)室里檢查儀器時(shí)，偶然觀察到感應(yīng)線圈放電時(shí)產(chǎn)生的電火花，立即想到電火花的跳躍實(shí)質(zhì)是電荷在做間斷快速振動(dòng)引起的，根據(jù)麥克斯韋的理論，快速振動(dòng)的電荷，必定在周圍空間激起電磁波。在這個(gè)思想的引導(dǎo)下，赫茲設(shè)計(jì)了如課本圖的實(shí)驗(yàn)裝置，其中圓形開口狀接收器顯然是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象設(shè)計(jì)出來的，導(dǎo)線環(huán)成了電磁波的檢驗(yàn)器。結(jié)果正如赫茲設(shè)想的那樣，實(shí)驗(yàn)獲得了成功。電磁波