魯科版（2019）高中物理必修第三冊(cè)講義第5章 第3節(jié)　初識(shí)電磁波及其應(yīng)用 第4節(jié)　初識(shí)光量子與量子世界練習(xí)（含答案）

第3節(jié)初識(shí)電磁波及其應(yīng)用第4節(jié)初識(shí)光量子與量子世界學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[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。2.[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。3.[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(wèn)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(guò)程與結(jié)果。4.[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(lái)的影響，能理性討論電磁污染及其防護(hù)問(wèn)題。通過(guò)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。一、電磁波及其應(yīng)用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．麥克斯韋提出了電磁場(chǎng)理論，赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。3．電磁波的應(yīng)用電磁污染及防護(hù)(1)1901年，馬可尼成功地進(jìn)行了跨越大西洋的無(wú)線電通信，實(shí)現(xiàn)了人類歷史上第一次遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信。1906年，美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)森登(R.Fessenden,1866—1932)進(jìn)行了人類歷史上第一次無(wú)線電廣播。(2)手機(jī)通話是靠一種特殊的無(wú)線通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。(3)電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。隨著無(wú)線電技術(shù)、微波技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，地面電磁輻射的密度和功率大幅度增加，電磁污染已成為一種威脅人類健康的無(wú)形污染。說(shuō)明：電磁波是一種客觀存在的物質(zhì)，具有能量。二、光量子與量子世界德國(guó)物理學(xué)家普朗克最早提出量子假說(shuō)，量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)輻射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍。E＝nε(n＝1,2,3，…)輻射是由一份份的能量組成的，就像物質(zhì)是由一個(gè)個(gè)原子組成的一樣。一份能量就是一個(gè)能量子，能量子的能量ε與頻率ν成正比。ε＝hν式中，h＝6.626176×10－34J·s。這是普朗克引進(jìn)的一個(gè)物理普適常量，稱為普朗克常量。注意：能量子：不可再分割的最小能量值。1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)麥克斯韋通過(guò)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(guò)接收障礙物發(fā)出的電磁波來(lái)確定物體位置的。 (×)(4)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (√)2．下列說(shuō)法中正確的是()A．任何變化的磁場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，振蕩磁場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)B．任何電場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)C．任何變化的電場(chǎng)都要在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，振蕩電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)D．電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)C[根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是恒定的；如果電場(chǎng)(磁場(chǎng))的變化是不均勻的，產(chǎn)生的磁場(chǎng)(電場(chǎng))是變化的；振蕩電場(chǎng)(磁場(chǎng))在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)(電場(chǎng))；周期性變化的電場(chǎng)和周期性變化的磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即電磁場(chǎng)。故C正確。]3．普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是()A．人的個(gè)數(shù) B．物體所受的重力C．物體的動(dòng)能 D．物體的長(zhǎng)度A[依據(jù)普朗克量子化觀點(diǎn)，能量是不連續(xù)的，是一份一份地變化的，屬于“不連續(xù)的，一份一份”的概念的是A選項(xiàng)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。]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(wú)關(guān)。導(dǎo)體環(huán)的作用只是用來(lái)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)?！纠?】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(wú)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(lái)確定所產(chǎn)生的是什么樣的磁場(chǎng)或電場(chǎng)。eq\o([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。]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(guò)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?！纠?】(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(shuō)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。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．(多選)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)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(shuō)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(shuō)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．物理觀念：電磁場(chǎng)、電磁波、光的量子化、ε＝hν。2．科學(xué)思維：理解電磁波的產(chǎn)生原理并能解釋相關(guān)現(xiàn)象，掌握能量子，初識(shí)量子世界。3．科學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)法、假設(shè)法、計(jì)算法等。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(shuō)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(wú)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(wú)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()C[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．下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法，正確的是()A．只要有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，就能產(chǎn)生電磁波B．電場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)，一定產(chǎn)生電磁波C．做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)產(chǎn)生電磁波D．麥克斯韋第一次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在C[只有變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，才能激發(fā)電磁波，而穩(wěn)定的電場(chǎng)和磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電磁波，A錯(cuò)誤；均勻變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，但是恒定的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)，故不能產(chǎn)生電磁波，B錯(cuò)誤；做變速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)在空間產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，形成電磁波，C正確；赫茲證實(shí)了電磁波的存在，D錯(cuò)誤。]5．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