13.4-13.5电磁波的发现及应用、能量量子化 导学案 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

13.4 电磁波的发现及应用
【学习目标】
1．了解电磁波的产生与传播。
2．知道光是一种电磁波，以及电磁波在真空中的传播速度。
3．知道波长与频率、波速的关系
4．认识电磁波谱。
5．了解电磁波在科技、经济、社会发展中的作用。
【任务一】麦克斯韦电磁场理论
1．变化的磁场产生电场
（1）变化的磁场能够在周围空间产生________，变化的电场能够在周围空间产生________。
（2）均匀变化的磁场产生_________的电场，均匀变化的电场产生_________的磁场。
（3）振荡的（即周期性变化的）磁场产生同频率的___________，振荡的电场产生同频率的___________。
2．变化的电场产生磁场
变化电场在周围空间产生___________，变化磁场在周围空间产生_________________，变化的电场和磁场成为一个完整的整体，这就是___________。
【 任务二】电磁波
1． 预言,交替产生的___________和___________向周围空间的传播形成电磁波。
2．电磁波____在真空中传播，向周围空间传播能量。电磁波在真空中的传播速度_______。
3．电磁波具有 ,电磁波是一种 .
4.1886年, 通过实验捕捉到了电磁波,后来他又做了大量的实验,证实了麦克斯韦的电磁场理论.
补充:电磁波的特点
(1)电磁波的传播不需要介质。在真空中传播速度等于光速(c＝3×108 m/s)。
(2)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程。
(3)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波。
(4)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质。
【 任务三】电磁波谱
1．波峰与波谷：在一列水波中，凸起的 叫作波峰；凹下的 叫作波谷。
2．波长、频率与波速：如图所示，邻近的两个 (或波谷)的距离叫作波长，波长用符号 来表示；波的频率是在1 s内有多少次 (或波谷)通过，频率用符号 来表示；波速是用来描述波传播 的物理量，波速用符号 来表示。
3.电磁波谱按照波长由小到大的顺序排列，电磁波可划分为_______、______、_______、_______、_________和_________。电磁波的波长用λ表示，频率用f表示，它们之间的关系是____________。
4.不同电磁波具有不同的_________，因此具有不同的特性，利用这些特性，电磁波在生产生活中有着广泛的应用。
①无线电波中的中长短波：__________；
②无线电中的微波：_____________；
③红外线：____________________；
④可见光：____________________；⑤紫外线：____________________；
⑥X射线：____________________；⑦γ射线：____________________。
【 巩固练习】
1．以下与电磁波应用无关的是（　　）
A．手机通信 B．微波炉加热食物
C．雷达侦查 D．听诊器诊察病情
2．手机通信是靠电磁波传播信息的。从理论上预言电磁波存在和第一次用实验证实电磁波存在的物理学家分别是（　　）
A．安培　法拉第 B．麦克斯韦　法拉第
C．法拉第　赫兹 D．麦克斯韦　赫兹
3．电视机是常见的家用电器，电视机在换台时，电视机遥控板发射的是（　　）
A．电流 B．电子 C．声波 D．电磁波
4．“神舟十三号”载人飞船于2021年10月16日凌晨成功发射，在轨运行6个月后于2022年4月16日返回地球。创造了中国载人航天任务的新纪录。在发射与回收过程中，地面测控站对飞船进行跟踪测量与控制时，传输信号所使用的是电磁波谱中的（　　）
A．红外线 B．无线电波 C．紫外线 D．X射线
5．关于电磁波的波长，下面叙述中正确的是（ ）
A．频率越高的电磁波，波长越短 B．电磁波的波长都是3×108 mm
C．频率越低的电磁波，波长越短 D．电磁波的波长与频率有关
6.第五代移动通信技术，简称， 将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、自动驾驶技术等将逐一实现。应用频段的无线电波传送信号，相比于现有的（频段）而言，所应用的无线电波（　　）
A．在真空中的波长更长 B．在真空中的波长更短
C．在真空中的传播速度更小 D．在真空中的传播速度更大
7．北京广播电台发射“中波”段某套节目的信号、家用微波炉中的微波、VCD机中的激光（可见光）、人体透视用的X光，都是电磁波。它们的频率分别为f1、f2、f3、f4。则( )
A．f1＞f2＞f3＞f4 B．f1＜f2＜f3＞f4
C．f1＜f2＜f3＜f4 D．f1＞f2＞f3＜f4
13.5能量量子化
【学习目标】
1.了解热辐射和黑体辐射的概念。
2.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点。
3.知道能量子的概念，会用公式和进行计算，了解能量子的概念及其提出的科学过程。
4.了解能级的概念。
【任务一】热辐射与黑体
热辐射
（1）概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的______ 有关，所以叫热辐射。
（2）特点：温度升高时，热辐射中波长较__________的成分越来越强。
2．黑体∶
（1）定义∶某种物体能够____吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作____。
（2）黑体辐射的特点∶黑体辐射电磁波的强度按____的分布只与黑体的____有关。
【 任务二】能量子
3.能量子：(1)1900年，德国物理学家_______提出能量量子化假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量的整数倍，即：，1，2，3，…，n，这个不可再分的最小能量值叫做 。
(2)能量子的大小为____________ 为_____________为 。
能量的量子化∶在微观世界中能量是_____的，或者说微观粒子的能量是____的。这种现象叫能量的量子化。
(4)爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是有一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被叫做____________。
【 任务三】能级
(1)原子的能量是____________的。这些量子化的能量值叫做____________。
(2)通常情况下，原子处于能级_________的状态，这是________的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到________能量状态。这些状态的原子是__________的，会自发地向能量___________能级跃迁放出光子，
(3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
【 巩固练习】
1．量子化的观点最早是由谁提出来的（　　）
A．爱因斯坦 B．密立根 C．普朗克 D．卢瑟福
2．关于能量量子化，下列说法正确的是（　　）
A．能量子假设最早是由爱因斯坦提出来的
B．微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
C．电磁波的波长越长，其能量子越大
D．能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因而它一定是错误的观点
3．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　)
A．h B． C． D．以上均不正确
4.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　)
A．2.3×10－18 W　　B．3.8×10－19 W C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
5．(多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法正确的是(　　)
A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说