新教材2023-2024學(xué)年高中物理第4章電磁振蕩與電磁波2電磁場與電磁波課件新人教版選擇性必修第二冊

第四章2電磁場與電磁波學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解電磁波的基本特點及其發(fā)現(xiàn)過程。(物理觀念)2.知道電磁波的概念,通過電磁波體會電磁場的物質(zhì)性。(物理觀念)3.體會赫茲證明電磁波存在的實驗過程及實驗方法,領(lǐng)會實驗對物理學(xué)發(fā)展的意義。(科學(xué)探究)4.了解麥克斯韋電磁場理論的基本內(nèi)容及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。(物理觀念)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、電磁場1.麥克斯韋電磁場理論的兩個基本觀點:

的磁場產(chǎn)生電場,

的電場產(chǎn)生磁場。

2.變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。電場和磁場交替激發(fā)

變化

變化

二、電磁波1.變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成

。

2.電磁波的傳播不需要介質(zhì),在真空中也能傳播。3.麥克斯韋預(yù)言:電磁波在真空中的傳播速度等于

。

4.電磁波在真空中傳播時,它的電場強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B

,而且二者均與波的傳播方向

。

5.1886年,

通過實驗證實了麥克斯韋的電磁場理論。

6.赫茲在一系列的實驗中觀察到電磁波的

、

、

、

和

現(xiàn)象。

電磁場傳播出去

電磁波光速c互相垂直垂直赫茲反射折射干涉偏振衍射情境鏈接電子感應(yīng)加速器是用來獲得高速電子的裝置,其基本原理如圖所示,上、下為電磁鐵的兩個磁極,磁極之間有一個環(huán)形真空室,電磁鐵線圈中通入變化的電流,真空室中的帶電粒子就會被加速,其速率會越來越大。請思考:帶電粒子受到什么力的作用而被加速?如果線圈中通以恒定電流會使粒子加速嗎?這個現(xiàn)象說明什么?提示

帶電粒子受到電場力作用做加速運動。線圈中通入恒定電流時,帶電粒子不會被加速。變化的磁場能產(chǎn)生電場。易錯辨析(1)在電場周圍,一定存在和它聯(lián)系著的磁場。(

)(2)在變化的磁場周圍一定會產(chǎn)生變化的電場。(

)(3)電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象。(

)(4)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(

)×提示

變化的電場產(chǎn)生磁場,靜電場周圍沒有磁場。

提示

均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場。

提示

電磁波在真空中和介質(zhì)中的傳播速度不同。

×√×重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一對麥克斯韋電磁場理論的理解導(dǎo)學(xué)探究下圖是赫茲實驗的裝置示意圖,請問赫茲通過此實驗裝置證實了什么問題。

要點提示

實驗演示了電磁波的發(fā)射和接收,驗證了電磁波的存在。

知識歸納1.電磁場的產(chǎn)生如果在空間某處有周期性變化的電場,那么這個變化的電場就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場,這個變化的磁場又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。2.對麥克斯韋電磁場理論的理解

恒定的磁場不產(chǎn)生電場恒定的電場不產(chǎn)生磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場特別提示

變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,與是否有閉合電路存在無關(guān)。

應(yīng)用體驗【例1】

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是(

)A.有電場的空間一定存在磁場,有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場B.在變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場,在變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生變化的電場C.均勻變化的電場周圍空間一定產(chǎn)生均勻變化的磁場D.周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場D解析

根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場,均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場,非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場,只有選項D正確。方法技巧

理解麥克斯韋電磁場理論的關(guān)鍵掌握四個關(guān)鍵詞:“恒定的”“均勻變化的”“非均勻變化的”“周期性變化的(即振蕩的)”,這些都是對時間來說的,是時間的函數(shù)。對點演練1.如圖所示的四種電場中,能產(chǎn)生電磁波的是(

)D解析

由麥克斯韋電磁場理論,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場時(如A圖),由于它不激發(fā)磁場,故無電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場時(如B、C圖),會激發(fā)出磁場,但磁場恒定,不會激發(fā)出電場,故也不會產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(即周期性變化的電場)(如D圖),才會激發(fā)出振蕩的磁場,振蕩的磁場又激發(fā)出振蕩的電場……如此周而復(fù)始,便會形成電磁波。探究點二電磁波與機(jī)械波的比較導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,某同學(xué)正在回答神舟十號航天員王亞平的問題,請問她們的通話是通過機(jī)械波進(jìn)行的還是通過電磁波進(jìn)行的,為什么?要點提示

電磁波。因為機(jī)械波的傳播離不開介質(zhì),而電磁波可以在真空中傳播。知識歸納電磁波是電磁現(xiàn)象,機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象,兩種波產(chǎn)生機(jī)理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。分類機(jī)械波電磁波對象研究力學(xué)現(xiàn)象研究電磁現(xiàn)象周期性變化的物理量位移隨時間和空間做周期性變化電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間和空間做周期性變化傳播傳播需要介質(zhì),波速與介質(zhì)有關(guān),與頻率無關(guān)傳播不需要介質(zhì),在真空中波速總等于光速,在介質(zhì)中傳播時,波速與介質(zhì)及頻率都有關(guān)系產(chǎn)生由質(zhì)點(波源)的振動產(chǎn)生由周期性變化的電流(電磁振蕩)激發(fā)分類機(jī)械波電磁波干涉可以發(fā)生可以發(fā)生衍射可以發(fā)生可以發(fā)生橫波可以是是縱波可以是不是應(yīng)用體驗【例2】

(多選)關(guān)于電磁波與聲波,下列說法正確的是(

)A.電磁波是由電磁場發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時,電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時,電磁波的波長不變,聲波的波長變小AC解析

由電磁波和聲波的概念可知A正確;因為電磁波可以在真空中傳播,而聲波屬于機(jī)械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故B錯誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度,在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大,故C正確;無論是電磁波還是聲波,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時頻率都不變,所以由波長λ=及它們在不同介質(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進(jìn)入水中時,電磁波的波長變短,聲波的波長變長,故D錯誤。方法技巧

理解電磁波與機(jī)械波的三點不同(1)電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生。(2)機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在,但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。(3)若機(jī)械波為橫波,則不同頻率的橫波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,在不同介質(zhì)中傳播速度不同,若機(jī)械波為縱波,則可得出同樣結(jié)論,但同一種介質(zhì)中的橫波和縱波傳播速度不同;不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播速度不同。對點演練2.關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說法正確的是(

)A.機(jī)械波和電磁波,本質(zhì)上是一樣的B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速度都相同,機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速度都相同C.電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D.電磁波與機(jī)械波都能發(fā)生衍射D解析

機(jī)械波由機(jī)械振動產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場產(chǎn)生,選項A錯誤;電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機(jī)械波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān),選項B錯誤;電磁波和機(jī)械波都具有波的特性,選項C錯誤,D正確。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)123451.(電磁波與機(jī)械波的比較)電磁波與機(jī)械波具有的共同性質(zhì)是(

)A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播D.都具有恒定的波速B解析

電磁波是橫波,但機(jī)械波既有橫波也有縱波,A錯誤;電磁波可以在真空中傳播,機(jī)械波的傳播需要介質(zhì),不能在真空中傳播,C錯誤;電磁波在真空中速度是恒定的,在不同介質(zhì)中速度不同,機(jī)械波的波速受介質(zhì)的影響,在不同介質(zhì)中波速一般是不同的,D錯誤;電磁波與機(jī)械波都能傳輸能量,B正確。123452.(電磁波)下列關(guān)于電磁波的說法正確的是(

)A.只要有電場和磁場,就能產(chǎn)生電磁波B.電場隨時間變化時,一定產(chǎn)生電磁波C.做非勻變速運動的電荷可以產(chǎn)生電磁波D.麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在C解析

只有變化的電場和磁場,才能激發(fā)電磁波,而穩(wěn)定的電場和磁場不能產(chǎn)生電磁波,A錯誤;均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場,但是恒定的磁場不能產(chǎn)生電場,不能產(chǎn)生電磁波,B錯誤;做非勻變速運動的電荷可以在空間產(chǎn)生變化的電磁場,形成電磁波,C正確;赫茲證實了電磁波的存在,D錯誤。123453.(電磁波)關(guān)于電磁波的特點,下列說法不正確的是(

)A.電磁波中電場和磁場互相垂直,電磁波沿二者垂直的方向傳播B.電磁波是橫波C.電磁波傳播不需要介質(zhì)D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)象D解析

電磁波具有波所特有的各種屬性,即電磁波具有干涉、衍射、反射等現(xiàn)象。123454.(麥克斯韋電磁場理論)根據(jù)麥克斯韋電磁場理論,下列說法正確的是(

)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)生變化的磁場,變化的磁場周圍產(chǎn)生變化的電場C.均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場,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)生恒定的磁場,均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場D12345解析

麥克斯韋電磁場理論的核心內(nèi)容是:變化的電場周圍產(chǎn)生磁場,變化的磁場周圍產(chǎn)生電場。即恒定的電場周圍不產(chǎn)生磁場;變化的電場周圍可以