第6章　第4節(jié)　電磁波及其應(yīng)用 第5節(jié)　量子化現(xiàn)象-高中物理 必修第3冊(cè)(配粵教版)

第四節(jié)電磁波及其應(yīng)用第五節(jié)量子化現(xiàn)象[核心素養(yǎng)·明目標(biāo)]核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念知道電磁波的概念及電磁波的產(chǎn)生原理，知道光是一種電磁波，光的能量是不連續(xù)的，能解釋相關(guān)的自然現(xiàn)象科學(xué)思維理解電磁波的產(chǎn)生原理，了解電磁波的應(yīng)用和電磁污染及防護(hù)，具有與光的量子化有關(guān)的能量觀念科學(xué)探究能上網(wǎng)查詢，提出與電磁場(chǎng)、電磁波、光子等相關(guān)的問題，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形成結(jié)論，能主動(dòng)與他人交流實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能體會(huì)電磁技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展帶來的影響，能理性討論電磁污染及其防護(hù)問題。通過對(duì)場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，能體會(huì)人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的知識(shí)點(diǎn)一電磁場(chǎng)與電磁波1．電磁場(chǎng)(1)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本假設(shè)：①變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)(如圖甲所示)。②變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)(如圖乙所示)。甲變化的磁場(chǎng)在其周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)乙變化的電場(chǎng)在其周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)(2)電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，形成不可分割的統(tǒng)一體，稱為電磁場(chǎng)。2．電磁波(1)電磁波的產(chǎn)生：周期性變化的磁場(chǎng)周圍會(huì)產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)，周期性變化的電場(chǎng)周圍也會(huì)產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互聯(lián)系在一起，就會(huì)在空間形成一個(gè)統(tǒng)一的、不可分割的電磁場(chǎng)，這種在空間交替變化的電磁場(chǎng)傳播出去就形成了電磁波。(2)電磁波可以在真空中傳播，電磁波的傳播不需要介質(zhì)。知識(shí)點(diǎn)二電磁場(chǎng)的物質(zhì)性1．電磁場(chǎng)的特點(diǎn)：看不見摸不著，沒有固定的形狀和體積，幾個(gè)電磁場(chǎng)可以同時(shí)占有同一空間。2．電磁場(chǎng)的物質(zhì)性的驗(yàn)證：(1)微波爐利用電磁波來加熱食物，說明電磁場(chǎng)具有能量。(2)光壓現(xiàn)象說明電磁場(chǎng)具有質(zhì)量。(3)美國(guó)物理學(xué)家康普頓通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁場(chǎng)和電荷系統(tǒng)相互作用時(shí)遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。3．作用：認(rèn)識(shí)到電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)，能夠讓人類充分利用其物質(zhì)屬性，開展更深入、廣泛的研究與應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)三電磁波的應(yīng)用1．電視廣播(1)電視通過電磁波傳播視頻信號(hào)，其原理與傳播音頻信號(hào)相似。(2)通常電視廣播使用微波(選填“長(zhǎng)波”“中波”或“微波”)傳送電視信號(hào)。(3)人們利用電磁波將電視信號(hào)先傳遞給地球同步通信衛(wèi)星，然后由通信衛(wèi)星將信號(hào)傳回大地。2．雷達(dá)(1)雷達(dá)是利用電磁波進(jìn)行測(cè)距、定位的儀器。(2)組成：雷達(dá)主要由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和顯示器等部分組成。(3)雷達(dá)工作時(shí)使用的是微波(選填“長(zhǎng)波”“中波”或“微波”)。3．移動(dòng)電話(1)現(xiàn)代通信技術(shù)是電磁波最輝煌的應(yīng)用成果之一。(2)無線電話、無線對(duì)講機(jī)、移動(dòng)電話均是通過電磁波實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)射與接收的。電磁波是一種客觀存在的物質(zhì)，具有能量。1：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)麥克斯韋通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。 (×)(2)變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)，但變化的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)。 (×)(3)雷達(dá)是通過接收障礙物發(fā)出的電磁波來確定物體位置的。 (×)知識(shí)點(diǎn)四光是一種電磁波1．19世紀(jì)60年代，麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論。2．1888年，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并證明了電磁波和光一樣具有反射、折射、干涉和衍射等性質(zhì)。3．電磁波的速度等于光速。知識(shí)點(diǎn)五能量子假說1．熱輻射(1)熱輻射：①定義：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。②特點(diǎn)：物體在熱輻射中隨溫度的升高，輻射的較短波長(zhǎng)的電磁波的成分越來越大。(2)黑體：①定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。②黑體輻射的特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。2．能量子(1)普朗克的假設(shè)：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。即能的輻射或者吸收只能是一份一份的。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s。(一般取h＝6.63×10－34J·s)(3)能量的量子化：在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化。知識(shí)點(diǎn)六光子假說1．光電效應(yīng)(1)概念：當(dāng)光照射在金屬上時(shí)，有時(shí)會(huì)有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象被稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子。(2)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：①用不同頻率的光去照射陰極時(shí)，光的頻率越大，光電子動(dòng)能越大；②頻率低于某一數(shù)值時(shí)，不論光的強(qiáng)度多大，都不能產(chǎn)生光電子。2．光子(1)概念：愛因斯坦1905年指出，當(dāng)光和物質(zhì)相互作用時(shí)，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份光量子，這些光量子稱為光子。(2)光子的能量：ε＝hν。知識(shí)點(diǎn)七光的波粒二象性1．粒子性：愛因斯坦的光子假說成功地解釋了光電效應(yīng)，說明了光具有粒子性。2．波動(dòng)性：光的干涉、衍射等實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明了光具有波動(dòng)性。3．光的波粒二象性：光的這種既具有波動(dòng)性，又具有粒子性的性質(zhì)稱為光的波粒二象性。知識(shí)點(diǎn)八原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論1．定義：原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級(jí)。2．能級(jí)躍遷：(1)通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。(2)把原子從一個(gè)能級(jí)變化到另一個(gè)能級(jí)的過程叫作躍遷。(3)處于高能級(jí)的原子，自發(fā)地向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。3．原子光譜：由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。能量子：不可再分割的最小能量值。2：思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (√)(2)在微觀世界中能量不能連續(xù)變化。 (√)3：填空光是一種電磁波，則波長(zhǎng)為400nm的光子的能量是4.97×10－19J。考點(diǎn)1麥克斯韋電磁場(chǎng)理論試探究：(1)觀察上面兩幅圖，變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生電場(chǎng)的電場(chǎng)線和以前所學(xué)靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線有區(qū)別嗎？(2)變化的磁場(chǎng)一定能產(chǎn)生電磁波嗎？為什么？提示：(1)變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的；而靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是不閉合的。(2)不一定，均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，不均勻變化的磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，如果變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)又能產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，才能在周圍空間產(chǎn)生電磁波。1．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)如圖所示，麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路(導(dǎo)體環(huán))是否存在無關(guān)。導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在。2．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)根據(jù)麥克斯韋理論，在給電容器充電的時(shí)候，不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且在電容器兩極板間變化著的電場(chǎng)周圍也要產(chǎn)生磁場(chǎng)，如圖所示。3．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)(1)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。(2)非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。(3)周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的電場(chǎng)。4．變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)(1)均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。(2)非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。(3)周期性變化的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場(chǎng)?！镜淅?】關(guān)于電磁場(chǎng)理論的敘述，不正確的是()A．變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無關(guān)B．周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率周期性變化的電場(chǎng)C．變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，即電磁場(chǎng)D．電場(chǎng)周圍一定存在磁場(chǎng)思路點(diǎn)撥：(1)相互激發(fā)的變化的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的頻率相等。(2)交替變化的電磁場(chǎng)是一個(gè)整體。D[故D符合題意。]在理解麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論時(shí)，要注意靜電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，靜磁場(chǎng)也不產(chǎn)生電場(chǎng)，還要注意根據(jù)電場(chǎng)(或磁場(chǎng))的變化情況來確定所產(chǎn)生的是什么樣的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖像如下列各圖所示，能發(fā)射電磁波的電場(chǎng)是()ABCDD[圖A中電場(chǎng)不隨時(shí)間變化，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；圖B和圖C中電場(chǎng)都隨時(shí)間做均勻的變化，只能在周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，也不會(huì)產(chǎn)生和發(fā)射電磁波；圖D中電場(chǎng)隨時(shí)間做不均勻的變化，能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而這磁場(chǎng)的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而交織成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)，能交替發(fā)射電磁波，D正確。]考點(diǎn)2光的量子化與量子世界普朗克的能量量子化的觀點(diǎn)與宏觀世界中的我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有什么不同？提示：宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點(diǎn)則認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)最小能量單位，即能量是不連續(xù)的。宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的是因?yàn)槊恳粋€(gè)能量子的能量都很小，宏觀變化中有大量的能量子，就可以看作是連續(xù)的。而研究微觀粒子時(shí)，單個(gè)的能量子能量就顯示出不連續(xù)性。1．物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài)。2．在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化。3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是電磁波的頻率?！镜淅?】(多選)對(duì)于帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說法正確的是()A．以某一個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收B．輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C．吸收的能量可以是連續(xù)的D．輻射和吸收的能量是量子化的思路點(diǎn)撥：(1)吸收和輻射能量只能是一份一份的。(2)能量是量子化的，不連續(xù)的。ABD[帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的，故選項(xiàng)A、B、D正確，C錯(cuò)誤。](1)帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。(2)當(dāng)輻射或吸收能量時(shí)，也是以最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。(3)在微觀世界中能量是量子化的。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的BC[由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A錯(cuò)誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確。]1．(多選)下列關(guān)于電磁波的敘述中，正確的是()A．電磁波由電磁場(chǎng)發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播B．電磁波在任何介質(zhì)中的傳播速度均為cC．電磁波在真空中傳播時(shí)，傳播速度為cD．光是一種電磁波ACD[電磁波由電磁場(chǎng)發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播，電磁波在真空中的傳播速度為c，故選項(xiàng)A、C、D正確。]2．(多選)下列說法正確的是()A．變化的磁場(chǎng)周圍一定存在著電場(chǎng)，與是否有閉合電路無關(guān)B．恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)C．恒定電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)D．均勻變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)ABD[變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)中有閉合回路時(shí)，回路中有電流，若無閉合回路電場(chǎng)仍然存在，A正確；電場(chǎng)按其是否隨時(shí)間變化分為恒定電場(chǎng)和變化的電場(chǎng)(如運(yùn)動(dòng)電荷形成的電場(chǎng))，恒定電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，只有變化的電場(chǎng)周圍空間才存在對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)，故C錯(cuò)誤，D正確；恒定電流周圍存在恒定磁場(chǎng)，B正確。]3．在下圖所示的四種磁場(chǎng)情況中能產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電場(chǎng)的是()ABCDC[A中磁場(chǎng)不變，則不會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，故A錯(cuò)誤；B中磁場(chǎng)方向變化，而大小不變，則不會(huì)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故B錯(cuò)誤；C中磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化，則會(huì)產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)，故C正確；D中磁場(chǎng)隨時(shí)間做正弦式變化，則會(huì)產(chǎn)生非均勻變化的電場(chǎng)，故D錯(cuò)誤。]4．(新情境題，以“人眼感光”為背景，考查光子的能量)人眼對(duì)綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，已知c＝λν，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是多少？[解析]因只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。所以察覺到綠光所接收的最小功率P＝eq\f(E,t)，式中E＝6ε，又ε＝hν＝heq\f(c,λ)，可解得P＝eq\f(6×6.