高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊2 電磁場與電磁波優(yōu)秀導(dǎo)學(xué)案及答案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

4.2 電磁場與電磁波學(xué)案一、自主預(yù)習(xí) 1. c為真空中速度，電磁波在真空中速度等于__________。 2．波速公式____________。課堂探究情景設(shè)問電磁振蕩電路中的能量有一部分要以電磁波的形式輻射到周圍空間中去，那么，這些電磁波是怎樣產(chǎn)生的？新知探究考點一：電磁場　 1．電磁場的理解 (1)電磁場的產(chǎn)生：振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場，振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場，周期性變化的電場、磁場相互激發(fā)，形成的電磁場一環(huán)套一環(huán)，如圖所示． (2)電磁場并非簡單地將電場、磁場相加，而是相互聯(lián)系、不可分割的統(tǒng)一整體．在電磁場示意圖 2.麥克斯韋假設(shè)的兩大觀點：（1）變化的磁場產(chǎn)生電場這是一個普遍規(guī)律，跟閉合電路是否存在無關(guān)。（2）變化的電場產(chǎn)生磁場電場就像運動的電荷，也會在空間產(chǎn)生磁場。變化的磁場周圍產(chǎn)生電場變化的電場周圍產(chǎn)生磁場思考與討論：如右圖,交流電產(chǎn)生了周期變化的磁場,上面的線圈中產(chǎn)生電流使燈泡發(fā)光（1）如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈,線圈中還有電流電場嗎?【有電場,無電流】（2）線圈不存在時,線圈所處的空間還有電場嗎?【有】（3）若改成恒定的直流電,還有電場嗎?【無】 3、麥克斯韋認(rèn)為在變化的磁場周圍產(chǎn)生電場,是一種普遍存在的現(xiàn)象,跟閉合電路是否存在無關(guān),導(dǎo)體環(huán)只是用來顯示電流的存在。說明: （1）在變化的磁場中所產(chǎn)生的電場的電場線是閉合的 (渦旋電場)。（2）變化的磁場產(chǎn)生電場”，這實際上是個假設(shè)。這個假設(shè)基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是很自然的。 4、對麥克斯韋電磁場理論的理解: 說明：（1）根據(jù)麥克斯韋理論,在給電容器充電的時候,不僅導(dǎo)體中的電流要產(chǎn)生磁場,而且在電容器兩極板間變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場。（2）“變化的電場產(chǎn)生磁場”，這是另一個假設(shè)。這個假設(shè)沒有直接的實驗做基礎(chǔ)，它出于對自然規(guī)律的洞察力，是很大膽的，但卻更具有創(chuàng)造性。（3）電磁場與電磁波的概念根據(jù)麥克斯韋的上述兩個觀點可以得出，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一的電磁場。如果在空間某區(qū)域有周期性變化的電場，就會在周圍引起變化的磁場，變化的電場和磁場又會在較遠(yuǎn)的空間引起新的變化的電場和磁場。這樣變化的電場和磁場由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成了電磁波。考點二：電磁波 1、電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播，形成電磁波。 2、電磁波的速度：麥克斯韋指出了光的電磁本質(zhì)，他預(yù)言電磁波的速度等于光速。 3、赫茲：赫茲證實了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲。 4、電磁波的特點：（1）電磁波是橫波，在電磁波中，每處的電場強度和磁感強度的方向總是相互垂直，且與電磁波的傳播方向垂直。（2）電磁波的傳播不需要介質(zhì)，波速V取決于傳播介質(zhì)，任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都等于真空中的光速，電磁波的頻率在傳播過程中不會發(fā)生變化。隨著介質(zhì)的不同波長會發(fā)生變化。 C＝3.0×108m/s 5、電磁波與機械波的區(qū)別 6、赫茲的電火花實驗實驗現(xiàn)象：當(dāng)感應(yīng)圈兩個金屬球間有火花跳過時，導(dǎo)線環(huán)兩個小球間也跳過了火花。實驗原理：當(dāng)與感應(yīng)圈相連的兩個金屬球間產(chǎn)生電火花時，周圍空間出現(xiàn)了迅速變化的電磁場。這種變化的電磁場以電磁波的形式在空間傳播。當(dāng)電磁波到達導(dǎo)線環(huán)時，它在導(dǎo)線環(huán)中激發(fā)出感應(yīng)電動勢，使得導(dǎo)線環(huán)的空隙中也產(chǎn)生了火花，說明這個導(dǎo)線環(huán)接收到了電磁波。赫茲證實電磁波存在的實驗裝置微弱的電火花閃爍著麥克斯韋理論的光輝：電磁波發(fā)現(xiàn)了。電磁波成果無線電報(1901)——廣播(1906)——電話(1916)——傳真(1923)——電視(1929)——微波(1933)——雷達(1935)——衛(wèi)星通訊——電子計算機因特網(wǎng)等都與電磁波理論相關(guān)。三、典例精講例題展示：例1關(guān)于麥克斯韋電磁場理論，下列說法正確的是（　?。?A．在電場周圍空間一定存在著磁場 B．任何變化的電場周圍一定存在著變化的磁場 C．均勻變化的磁場周圍一定存在著變化的電場 D．交變電場在它的周圍空間一定產(chǎn)生同頻率的交變磁場例2下列關(guān)于電磁波說法中正確的是（　?。?A．電磁波在真空中以光速c傳播 B．電磁波是縱波 C．電磁波不能在空氣中傳播 D．光需要介質(zhì)才能傳播四、核心素養(yǎng)專練 1. 關(guān)于LC電路，下列說法正確的是(　　) A．一個周期內(nèi)，電容器充、放電各一次 B．電容器極板上電壓最大時，線圈中的電流最強 C．電容器開始充電時，線圈中的磁場能最大 D．電容器開始充電時，電場能最大 2. 在LC振蕩電路中，電容器C的帶電荷量q隨時間t變化的圖像如圖所示．在1×10－6 s到2×10－6 s內(nèi)，關(guān)于電容器的充(放)電過程及由此產(chǎn)生的電磁波的波長，正確的是(　　) A．充電過程，波長為1200 m B．充電過程，波長為1500 m C．放電過程，波長為1200 m D．放電過程，波長為1500 m 3. 電磁波在傳播時,不變的物理量是(　　) A.振幅 B.頻率 C.波速 D.波長 4.關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流,下列說法中正確的是(　　) A.振蕩電流最大時,電容器兩極板間的電場強度最大 B.振蕩電流為零時,線圈中自感電動勢為零 C.振蕩電流增大的過程中,線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化成電場能 D.振蕩電流減小的過程中,線圈中的磁場能轉(zhuǎn)化為電場能五、參考答案自主預(yù)習(xí) 1. 光速 2. c＝λf 典例精講例1. A、均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，而非均勻變化的電場產(chǎn)生非均勻變化的磁場，恒定的電場不會產(chǎn)生磁場，故A錯誤； BC、均勻變化的磁場一定產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，而非均勻變化的磁場將產(chǎn)生非均勻變化的電場，恒定的磁場不會產(chǎn)生電場，故BC錯誤； D、電磁波是由變化的電磁場產(chǎn)生的，交變電場在它的周圍空間一定產(chǎn)生同頻率的交變磁場，故D正確；故選：D。例2. A、電磁波在真空中的傳播速度等于光速c，故A正確； B、電磁波為橫波，故B錯誤； C、電磁波可以在真空中傳播，也可以在空氣中傳播，故C錯誤； D、光是一種電磁波，可以在真空中傳播，不需要介質(zhì)，故D錯誤。故選：A。核心素養(yǎng)專練 1．電容器從開始充電到放電完畢才經(jīng)歷半個周期，一個周期內(nèi)，電容器應(yīng)充、放電各兩次，A錯誤；電容器上的電壓最大時，電場能最大，此時磁場能為零，線圈中的電流為零，B錯誤；電容器開始充電時，電場能為零，線圈中磁場能最大，所以C正確，D錯誤。故選：C。 2．由圖可知，在1×10－6 s到2×10－6 s內(nèi)，電容器C的帶電荷量由0增加到最多，因此是充電過程．電磁振蕩周期等于所發(fā)射的電磁波的周期，那么電磁波的波長為λ＝cT＝3×108×4×10－6 m＝1200 m。故選：A。 3．離波源越遠(yuǎn),振幅越小,電磁波在不同介質(zhì)中的波速不一樣,波長也不一樣。頻率是由發(fā)射電磁波的波源決定的,與介質(zhì)無關(guān)。故選：B。 4．振蕩電流最大時,處于電容器放電結(jié)束瞬間,電場強度為零,A項錯誤;振蕩電流為零時,LC回路振蕩電流改變方向,這時的電流變化最快,電流強度變化率最大,線圈中自感電動勢最大,B項錯誤;振蕩電流增大時,線圈中電場能轉(zhuǎn)化為磁場能,C項錯誤;振蕩電流減小時,線圈中磁場能轉(zhuǎn)化為電場能,D項正確。故選：D。恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生恒定的磁場均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生恒定的電場不均勻變化的電場在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場不均勻變化的磁場在周圍空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場機械波電磁波周期性位移隨時間和空間做周期性變化電場強度E和磁感應(yīng)強度B隨時間和空間做周期性變化傳播情況傳播需要介質(zhì)，波速與介質(zhì)有關(guān)，與頻率無關(guān)傳播不需要介質(zhì)，在真空中波速總等于光速c，在介質(zhì)中傳播時，波速與介質(zhì)及頻率有關(guān)產(chǎn)生機理由(波源)質(zhì)點的振動產(chǎn)生由電磁振蕩(周期性變化的電流)激發(fā)是否橫波可以是是是否縱波可以是否干涉現(xiàn)象滿足干涉條件時均能發(fā)生干涉現(xiàn)象衍射現(xiàn)象滿足明顯衍射條件時均能發(fā)生明顯衍射

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