14.1电磁波的发现-人教版高中物理选修3-4教案
文档属性
| 名称 | 14.1电磁波的发现-人教版高中物理选修3-4教案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 110.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-27 16:47:30 | ||
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文档简介
14.1电磁波的发现
【学习目标】
1．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．
2．知道电磁场在空间传播形成电磁波以及电磁波的基本特点．
3．知道赫兹实验以及它的重大意义．
知识回顾：
1.
我们生活中手机电视用什么传递信息？
答：电磁波
2.
电磁波和光是不是同一种性质呢？
答；同一种性质
3.
电磁波为什么能那么远距离传递信息？
答：因为电磁波和光都是光速
知识点一、电磁波的发现
1．麦克斯韦电磁场理论
在19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，预言电磁波的存在。
（1）变化的磁场产生电场．
如图所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路（导体环）是否存在无关．导体环的作用只是用来显示电场的存在．
要点诠释：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的．
（2）变化的电场产生磁场．
根据麦克斯韦理论，在电容器充放电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场．（如图所示）
2．麦克斯韦电磁场理论的理解
（1）恒定的电场不产生磁场．
（2）恒定的磁场不产生电场．
（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场．
（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场．
（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场．
（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场．
3．电磁场
如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……
变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．
要点诠释：上述分析可看出，有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场．
4．电磁波
电磁场由近向远传播，形成电磁波．
电磁波具有以下特点：
（1）电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播．电磁波是横波．
（2）相邻两个波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长，一个周期的时间，电磁波传播一个波长的距离．
（3）电磁波的频率为电磁振荡的频率，由波源决定，与介质无关．在真空中的速度为．
（4）电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式．
（5）电磁波传播不需要借助介质、在真空中也能传播．
5．麦克斯韦的重大贡献
麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁理论．麦克斯韦电磁理论足以跟牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑．
6．赫兹发现了电磁波
（1）赫兹实验装置．
（2）赫兹观察到：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花．据此实验，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波．
（3）在以后的实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射，并通过测量证明电磁波在真空中速度为．这样赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论．
例题1.
关于电磁场理论，下列说法中正确的是（
）．
A．在电场的周围空间一定产生磁场
B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场
C．均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场
D．振荡电场在周围空间产生变化的磁场
【思路点拨】由麦克斯韦电磁场基本理论入手。
【答案】D
【解析】由麦克斯韦电磁场基本理论知：不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场，产生的磁场性质是由电场的变化情况决定的，均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场，反之亦然．故D项正确．
【总结升华】麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场．具体对麦克斯韦电磁场理论的理解：稳定的磁场周围不产生电场；稳定的电场周围也不产生磁场；均匀变化的磁场周围产生稳定的电场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场：不均匀变化的磁场产生变化的电场；振荡的（即周期性变化）磁场产生同频率的振荡电场；振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
课堂练习一：
下列关于电磁波的叙述中，正确的是（
）．
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射现象
【答案】A、C
【解析】该题考查电磁波的产生及特点．电磁波在真空中传播速度为光速，且，从一种介质进入另一种介质，频率不发生变化，波长、波速变化．另外电磁波仍具有波的特征．
电磁波只有在真空中的传播速度才为，在其它介质中传播速度均小于．电磁波与其它波一样具有干涉、衍射等波的特性．当电磁波由真空进入介质传播时，频率不变，因为，所以，波长变短，波速变小，故选A、C两项．
【总结升华】电磁波在介质中的传播速度，其中为该介质对电磁波的折射率，其规律与光相同．
课堂练习二：
关于声波和电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．声波、电磁波都能产生偏振现象
B．只有机械波才能产生多普勒效应
C．声波、电磁波的传播都需要介质
D．赫兹在实验中证实了电磁波的存在
【答案】D
【解析】声波是纵波不能产生偏振现象，电磁波是横波，能产生偏振现象．故A错误；所有的波都能产生多普勒效应，声波和电磁波自然都可以，故B错误；声波的传播需要介质，一切固体、液体、气体都可以作为传声的介质，真空不能传声，而电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播．故C错误；赫兹在实验中证实了电磁波的存在，故D正确．故选：D．
【总结升华】电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性：干涉、衍射、能产生多普勒效应等，但它们具有本质的不同，如机械波波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播则不需要介质．
【学习目标】
1．变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．
2．知道电磁场在空间传播形成电磁波以及电磁波的基本特点．
3．知道赫兹实验以及它的重大意义．
知识回顾：
1.
我们生活中手机电视用什么传递信息？
答：电磁波
2.
电磁波和光是不是同一种性质呢？
答；同一种性质
3.
电磁波为什么能那么远距离传递信息？
答：因为电磁波和光都是光速
知识点一、电磁波的发现
1．麦克斯韦电磁场理论
在19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上，建立了完整的电磁场理论，预言电磁波的存在。
（1）变化的磁场产生电场．
如图所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路（导体环）是否存在无关．导体环的作用只是用来显示电场的存在．
要点诠释：在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的．
（2）变化的电场产生磁场．
根据麦克斯韦理论，在电容器充放电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场．（如图所示）
2．麦克斯韦电磁场理论的理解
（1）恒定的电场不产生磁场．
（2）恒定的磁场不产生电场．
（3）均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场．
（4）均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场．
（5）振荡电场产生同频率的振荡磁场．
（6）振荡磁场产生同频率的振荡电场．
3．电磁场
如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间产生新的周期性变化的电场……
变化的电场和变化的磁场是相互联系着的，形成不可分割的统一体，这就是电磁场．
要点诠释：上述分析可看出，有单独存在的静电场，也有单独存在的静磁场，但没有静止的电磁场．
4．电磁波
电磁场由近向远传播，形成电磁波．
电磁波具有以下特点：
（1）电磁波中的电场和磁场相互垂直，电磁波在与两者均垂直的方向传播．电磁波是横波．
（2）相邻两个波峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长，一个周期的时间，电磁波传播一个波长的距离．
（3）电磁波的频率为电磁振荡的频率，由波源决定，与介质无关．在真空中的速度为．
（4）电磁波与机械波一样，也能产生反射、折射、干涉、衍射等现象，也是传播能量的一种形式．
（5）电磁波传播不需要借助介质、在真空中也能传播．
5．麦克斯韦的重大贡献
麦克斯韦集电磁学研究成果之大成，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的统一性，建立了完整的电磁理论．麦克斯韦电磁理论足以跟牛顿力学体系相媲美，它是物理学发展中一个划时代的里程碑．
6．赫兹发现了电磁波
（1）赫兹实验装置．
（2）赫兹观察到：当感应圈两个金属球间有火花跳过时，导线环两个小球间也跳过火花．据此实验，赫兹在人类历史上首先捕捉到了电磁波．
（3）在以后的实验中，赫兹观察到了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射，并通过测量证明电磁波在真空中速度为．这样赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论．
例题1.
关于电磁场理论，下列说法中正确的是（
）．
A．在电场的周围空间一定产生磁场
B．任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场
C．均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场
D．振荡电场在周围空间产生变化的磁场
【思路点拨】由麦克斯韦电磁场基本理论入手。
【答案】D
【解析】由麦克斯韦电磁场基本理论知：不变化的电场周围不产生磁场，变化的电场周围一定产生磁场，产生的磁场性质是由电场的变化情况决定的，均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡的电场产生同频率振荡的磁场，反之亦然．故D项正确．
【总结升华】麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场．具体对麦克斯韦电磁场理论的理解：稳定的磁场周围不产生电场；稳定的电场周围也不产生磁场；均匀变化的磁场周围产生稳定的电场；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场：不均匀变化的磁场产生变化的电场；振荡的（即周期性变化）磁场产生同频率的振荡电场；振荡的电场产生同频率的振荡磁场．
课堂练习一：
下列关于电磁波的叙述中，正确的是（
）．
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播
B．电磁波在任何介质中的传播速度均为
C．电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短
D．电磁波不能产生干涉、衍射现象
【答案】A、C
【解析】该题考查电磁波的产生及特点．电磁波在真空中传播速度为光速，且，从一种介质进入另一种介质，频率不发生变化，波长、波速变化．另外电磁波仍具有波的特征．
电磁波只有在真空中的传播速度才为，在其它介质中传播速度均小于．电磁波与其它波一样具有干涉、衍射等波的特性．当电磁波由真空进入介质传播时，频率不变，因为，所以，波长变短，波速变小，故选A、C两项．
【总结升华】电磁波在介质中的传播速度，其中为该介质对电磁波的折射率，其规律与光相同．
课堂练习二：
关于声波和电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．声波、电磁波都能产生偏振现象
B．只有机械波才能产生多普勒效应
C．声波、电磁波的传播都需要介质
D．赫兹在实验中证实了电磁波的存在
【答案】D
【解析】声波是纵波不能产生偏振现象，电磁波是横波，能产生偏振现象．故A错误；所有的波都能产生多普勒效应，声波和电磁波自然都可以，故B错误；声波的传播需要介质，一切固体、液体、气体都可以作为传声的介质，真空不能传声，而电磁波可以在介质中传播，也可以在真空中传播．故C错误；赫兹在实验中证实了电磁波的存在，故D正确．故选：D．
【总结升华】电磁波是电磁现象，机械波是力学现象，两者都具有波的特性：干涉、衍射、能产生多普勒效应等，但它们具有本质的不同，如机械波波的传播依赖于介质的存在，但电磁波的传播则不需要介质．