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

第3節(jié)初識電磁波及其應用第4節(jié)初識光量子與量子世界學習目標：1.[物理觀念]知道電磁波的概念及電磁波的產生原理，知道光是一種電磁波，光的能量是不連續(xù)的，能解釋相關的自然現象。2.[科學思維]理解電磁波的產生原理，了解電磁波的應用和電磁污染及防護，具有與光的量子化有關的能量觀念。3.[科學探究]能上網查詢，提出與電磁場、電磁波、光子等相關的問題，能根據實驗現象形成結論，能主動與他人交流實驗過程與結果。4.[科學態(tài)度與責任]能體會電磁技術應用對人類生活和社會發(fā)展帶來的影響，能理性討論電磁污染及其防護問題。通過對場的認識，能體會人類對自然界的認識是不斷發(fā)展的。一、電磁波及其應用1．電磁波的產生周期性變化的磁場周圍會產生周期性變化的電場，周期性變化的電場周圍也會產生周期性變化的磁場。變化的電場和變化的磁場相互聯系在一起，就會在空間形成一個統一的、不可分割的電磁場，這種在空間交替變化的電磁場傳播出去就形成了電磁波。2．麥克斯韋提出了電磁場理論，赫茲通過實驗證實了電磁波的存在。3．電磁波的應用電磁污染及防護(1)1901年，馬可尼成功地進行了跨越大西洋的無線電通信，實現了人類歷史上第一次遠距離無線電通信。1906年，美國物理學家費森登(R.Fessenden,1866—1932)進行了人類歷史上第一次無線電廣播。(2)手機通話是靠一種特殊的無線通信系統來實現的。(3)電磁污染又稱電磁波污染或射頻輻射污染。隨著無線電技術、微波技術的迅速發(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形污染。說明：電磁波是一種客觀存在的物質，具有能量。二、光量子與量子世界德國物理學家普朗克最早提出量子假說，量子假說認為，物質輻射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量單位的整數倍。E＝nε(n＝1,2,3，…)輻射是由一份份的能量組成的，就像物質是由一個個原子組成的一樣。一份能量就是一個能量子，能量子的能量ε與頻率ν成正比。ε＝hν式中，h＝6.626176×10－34J·s。這是普朗克引進的一個物理普適常量，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“√”，錯誤的打“×”)(1)麥克斯韋通過實驗證實了電磁波的存在。 (×)(2)變化的磁場可以產生電場，但變化的電場不能產生磁場。 (×)(3)雷達是通過接收障礙物發(fā)出的電磁波來確定物體位置的。 (×)(4)微觀粒子的能量只能是能量子的整數倍。 (√)2．下列說法中正確的是()A．任何變化的磁場都要在周圍空間產生變化的電場，振蕩磁場在周圍空間產生同頻率的振蕩電場B．任何電場都要在周圍空間產生磁場，振蕩電場在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場C．任何變化的電場都要在周圍空間產生磁場，振蕩電場在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場D．電場和磁場總是相互聯系著，形成一個不可分割的統一體，即電磁場C[根據麥克斯韋電磁場理論，如果電場(磁場)的變化是均勻的，產生的磁場(電場)是恒定的；如果電場(磁場)的變化是不均勻的，產生的磁場(電場)是變化的；振蕩電場(磁場)在周圍空間產生同頻率的振蕩磁場(電場)；周期性變化的電場和周期性變化的磁場總是相互聯系著，形成一個不可分割的統一體，即電磁場。故C正確。]3．普朗克在1900年將“能量子”引入物理學，開創(chuàng)了物理學的新紀元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是()A．人的個數 B．物體所受的重力C．物體的動能 D．物體的長度A[依據普朗克量子化觀點，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，故A正確，B、C、D錯誤。]麥克斯韋電磁場理論試探究：(1)觀察上面兩幅圖，變化的磁場所產生電場的電場線和以前所學靜電場的電場線有區(qū)別嗎？(2)變化的磁場一定能產生電磁波嗎？為什么？提示：(1)變化的磁場所產生的電場的電場線是閉合的；而靜電場中的電場線是不閉合的。(2)不一定，均勻變化的磁場在周圍空間產生恒定的電場，不均勻變化的磁場在周圍空間產生變化的電場，如果變化的磁場能產生變化的電場，變化的電場又能產生變化的磁場，才能在周圍空間產生電磁波。1．變化的磁場產生電場如圖所示，麥克斯韋認為在變化的磁場周圍產生電場，是一種普遍存在的現象，跟閉合電路(導體環(huán))是否存在無關。導體環(huán)的作用只是用來顯示電流的存在。2．變化的電場產生磁場根據麥克斯韋理論，在給電容器充電的時候，不僅導體中的電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產生磁場。(如圖所示)。3．變化的磁場產生電場(1)均勻變化的磁場產生恒定的電場。(2)非均勻變化的磁場產生變化的電場。(3)周期性變化的磁場產生同頻率的周期性變化的電場。4．變化的電場產生磁場(1)均勻變化的電場產生恒定的磁場。(2)非均勻變化的電場產生變化的磁場。(3)周期性變化的電場產生同頻率的周期性變化的磁場。【例1】關于電磁場理論的敘述，不正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關B．周期性變化的磁場產生同頻率周期性變化的電場C．變化的電場和變化的磁場相互關聯，形成一個統一的整體，即電磁場D．電場周圍一定存在磁場思路點撥：(1)相互激發(fā)的變化的電場與磁場的頻率相等(2)交替變化的電磁場是一個整體D[故D符合題意。]在理解麥克斯韋的電磁場理論時，要注意靜電場不產生磁場，靜磁場也不產生電場，還要注意根據電場或磁場的變化情況來確定所產生的是什么樣的磁場或電場。eq\o([跟進訓練])1．某電路中電場隨時間變化的圖像如下列各圖所示，能發(fā)射電磁波的電場是()ABCDD[圖A中電場不隨時間變化，不會產生磁場；圖B和圖C中電場都隨時間做均勻的變化，只能在周圍產生恒定的磁場，也不會產生和發(fā)射電磁波；圖D中電場隨時間做不均勻的變化，能在周圍空間產生變化的磁場，而這磁場的變化也是不均勻的，又能產生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統一體，即電磁場，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與宏觀世界中的我們對能量的認識有什么不同？提示：宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點則認為能量是一份一份的，每一份是一個最小能量單位，即能量是不連續(xù)的。宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的是因為每一個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，單個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中間狀態(tài)。2．在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(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)對于帶電微粒輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是()A．以某一個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是以最小能量值——能量子ε的整數倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的，故選項A、B、D正確，C錯誤。]1帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍2當輻射或吸收能量時，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([跟進訓練])2．(多選)關于對普朗克能量子假說的認識，下列說法正確的是()A．振動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倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現實世界相矛盾，因而是錯誤的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倍，A錯誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確。]1．物理觀念：電磁場、電磁波、光的量子化、ε＝hν。2．科學思維：理解電磁波的產生原理并能解釋相關現象，掌握能量子，初識量子世界。3．科學方法：實驗法、假設法、計算法等。1．(多選)下列關于電磁波的敘述中，正確的是()A．電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠處傳播B．電磁波在任何介質中的傳播速度均為cC．電磁波在真空中傳播時，傳播速度為cD．光是一種電磁波ACD[電磁波由電磁場發(fā)生區(qū)域向遠處傳播，電磁波在真空中的傳播速度為c，故選項A、C、D正確。]2．(多選)下列說法正確的是()A．變化的磁場周圍一定存在著電場，與是否有閉合電路無關B．恒定電流能夠在周圍空間產生恒定的磁場C．恒定電場能夠在周圍空間產生恒定的磁場D．均勻變化的電場能夠在周圍空間產生恒定的磁場ABD[變化的磁場周圍產生電場，當電場中有閉合回路時，回路中有電流，若無閉合回路電場仍然存在，A正確；電場按其是否隨時間變化分為恒定電場和變化的電場(如運動電荷形成的電場)，恒定電場不產生磁場，只有變化的電場周圍空間才存在對應磁場，故C錯誤，D正確；恒定電流周圍存在恒定磁場，B正確。]3．在下圖所示的四種磁場情況中能產生恒定的感應電場的是()C[A中磁場不變，則不會產生電場，故A錯誤；B中磁場方向變化，而大小不變，則不會產生恒定的電場，故B錯誤；C中磁場隨時間均勻變化，則會產生恒定的電場，故C正確；D中磁場隨時間做正弦式變化，則會產生非均勻變化的電場，故D錯誤。]4．下列關于電磁波的說法，正確的是()A．只要有電場和磁場，就能產生電磁波B．電場隨時間變化時，一定產生電磁波C．做變速運動的電荷會產生電磁波D．麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在C[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生電磁波，A錯誤；均勻變化的電場，產生恒定的磁場，但是恒定的磁場不能產生電場，故不能產生電磁波，B錯誤；做變速運動的電荷會在空間產生變化的電磁場，形成電磁波，C正確；赫茲證實了電磁波的存在，D錯誤。]5．人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒鐘有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就