1.了解電磁波的基本特點(diǎn)及其發(fā)現(xiàn)過(guò)程。(物理觀念)2.知道電磁波的概念,通過(guò)電磁波體會(huì)電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。(物理觀念)3.體會(huì)赫茲證明電磁波存在的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)方法,領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)發(fā)展的意義。(科學(xué)探究)4.了解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容及其在物理學(xué)發(fā)展史上的意義。(物理觀念)
基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過(guò)關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)
一、電磁場(chǎng)1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩個(gè)基本觀點(diǎn):　　　　的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),　　　　的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。?2.變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的,形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。
二、電磁波1.變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生,由近及遠(yuǎn)地向周圍傳播,形成　　　　　　。?2.電磁波的傳播不需要介質(zhì),在真空中也能傳播。3.麥克斯韋預(yù)言:電磁波在真空中的傳播速度等于　　　　　。?4.電磁波在真空中傳播時(shí),它的電場(chǎng)強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B　　　 　,而且二者均與波的傳播方向　　　　。?5.1886年,　　　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論。?6.赫茲在一系列的實(shí)驗(yàn)中觀察到電磁波的　　　　　、　　　　　、　　　　　、　　　　和　　　　　現(xiàn)象。?
情境鏈接電子感應(yīng)加速器是用來(lái)獲得高速電子的裝置,其基本原理如圖所示,上、下為電磁鐵的兩個(gè)磁極,磁極之間有一個(gè)環(huán)形真空室,電磁鐵線圈中通入變化的電流,真空室中的帶電粒子就會(huì)被加速,其速率會(huì)越來(lái)越大。請(qǐng)思考:帶電粒子受到什么力的作用而被加速?如果線圈中通以恒定電流會(huì)使粒子加速嗎?這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明什么?
提示 帶電粒子受到電場(chǎng)力作用做加速運(yùn)動(dòng)。線圈中通入恒定電流時(shí),帶電粒子不會(huì)被加速。變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)。
易錯(cuò)辨析(1)在電場(chǎng)周圍,一定存在和它聯(lián)系著的磁場(chǎng)。(　　)(2)在變化的磁場(chǎng)周圍一定會(huì)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。(　　)(3)電磁波也能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象。(　　)(4)電磁波在真空和介質(zhì)中傳播速度相同。(　　)
提示 變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),靜電場(chǎng)周圍沒(méi)有磁場(chǎng)。
提示 均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)。
提示 電磁波在真空中和介質(zhì)中的傳播速度不同。
探究點(diǎn)一　對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解
下圖是赫茲實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖,請(qǐng)問(wèn)赫茲通過(guò)此實(shí)驗(yàn)裝置證實(shí)了什么問(wèn)題。
要點(diǎn)提示 實(shí)驗(yàn)演示了電磁波的發(fā)射和接收,驗(yàn)證了電磁波的存在。
1.電磁場(chǎng)的產(chǎn)生如果在空間某處有周期性變化的電場(chǎng),那么這個(gè)變化的電場(chǎng)就在它周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng),這個(gè)變化的磁場(chǎng)又在它周圍空間產(chǎn)生變化的電場(chǎng)——變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的,形成不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場(chǎng)。
2.對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的理解
特別提示　變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng),與是否有閉合電路存在無(wú)關(guān)。
【例1】 根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.有電場(chǎng)的空間一定存在磁場(chǎng),有磁場(chǎng)的空間也一定能產(chǎn)生電場(chǎng)B.在變化的電場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),在變化的磁場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng)D.周期性變化的磁場(chǎng)周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場(chǎng)
解析 根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng),均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),只有選項(xiàng)D正確。
方法技巧　理解麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的關(guān)鍵掌握四個(gè)關(guān)鍵詞:“恒定的”“均勻變化的”“非均勻變化的”“周期性變化的(即振蕩的)”,這些都是對(duì)時(shí)間來(lái)說(shuō)的,是時(shí)間的函數(shù)。
1.如圖所示的四種電場(chǎng)中,能產(chǎn)生電磁波的是(　　)
解析 由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,當(dāng)空間出現(xiàn)恒定的電場(chǎng)時(shí)(如A圖),由于它不激發(fā)磁場(chǎng),故無(wú)電磁波產(chǎn)生;當(dāng)出現(xiàn)均勻變化的電場(chǎng)時(shí)(如B、C圖),會(huì)激發(fā)出磁場(chǎng),但磁場(chǎng)恒定,不會(huì)激發(fā)出電場(chǎng),故也不會(huì)產(chǎn)生電磁波;只有振蕩的電場(chǎng)(即周期性變化的電場(chǎng))(如D圖),才會(huì)激發(fā)出振蕩的磁場(chǎng),振蕩的磁場(chǎng)又激發(fā)出振蕩的電場(chǎng)……如此周而復(fù)始,便會(huì)形成電磁波。
探究點(diǎn)二　電磁波與機(jī)械波的比較
如圖所示,某同學(xué)正在回答神舟十號(hào)航天員王亞平的問(wèn)題,請(qǐng)問(wèn)她們的通話是通過(guò)機(jī)械波進(jìn)行的還是通過(guò)電磁波進(jìn)行的,為什么?
要點(diǎn)提示 電磁波。因?yàn)闄C(jī)械波的傳播離不開(kāi)介質(zhì),而電磁波可以在真空中傳播。
電磁波是電磁現(xiàn)象,機(jī)械波是力學(xué)現(xiàn)象,兩種波產(chǎn)生機(jī)理不同,所以除具有波的共性外,還有不同之處。
【例2】 (多選)關(guān)于電磁波與聲波,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.電磁波是由電磁場(chǎng)發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播有時(shí)也不需要介質(zhì)C.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的波長(zhǎng)不變,聲波的波長(zhǎng)變小
解析 由電磁波和聲波的概念可知A正確;因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?而聲波屬于機(jī)械波,它的傳播需要介質(zhì),在真空中不能傳播,故B錯(cuò)誤;電磁波在空氣中的傳播速度大于在水中的傳播速度,在真空中的傳播速度最大;聲波在氣體、液體、固體中的傳播速度依次增大,故C正確;無(wú)論是電磁波還是聲波,從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)頻率都不變,所以由波長(zhǎng)λ= 及它們?cè)诓煌橘|(zhì)中的傳播速度可知,由空氣進(jìn)入水中時(shí),電磁波的波長(zhǎng)變短,聲波的波長(zhǎng)變長(zhǎng),故D錯(cuò)誤。
方法技巧　理解電磁波與機(jī)械波的三點(diǎn)不同(1)電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生;機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生。(2)機(jī)械波的傳播依賴于介質(zhì)的存在,但電磁波的傳播不需要介質(zhì)。(3)若機(jī)械波為橫波,則不同頻率的橫波在同一介質(zhì)中傳播速度相同,在不同介質(zhì)中傳播速度不同,若機(jī)械波為縱波,則可得出同樣結(jié)論,但同一種介質(zhì)中的橫波和縱波傳播速度不同;不同頻率的電磁波在同一介質(zhì)中傳播速度不同。
2.關(guān)于電磁波與機(jī)械波,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.機(jī)械波和電磁波,本質(zhì)上是一樣的B.電磁波在任何介質(zhì)中傳播速度都相同,機(jī)械波在同一種介質(zhì)中傳播速度都相同C.電磁波和機(jī)械波都不能發(fā)生干涉D.電磁波與機(jī)械波都能發(fā)生衍射
解析 機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生,電磁波由振蕩的電磁場(chǎng)產(chǎn)生,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電磁波的波速與介質(zhì)和頻率都有關(guān),而機(jī)械波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電磁波和機(jī)械波都具有波的特性,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。
1.(電磁波與機(jī)械波的比較)電磁波與機(jī)械波具有的共同性質(zhì)是(　　)A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播D.都具有恒定的波速
解析 電磁波是橫波,但機(jī)械波既有橫波也有縱波,A錯(cuò)誤;電磁波可以在真空中傳播,機(jī)械波的傳播需要介質(zhì),不能在真空中傳播,C錯(cuò)誤;電磁波在真空中速度是恒定的,在不同介質(zhì)中速度不同,機(jī)械波的波速受介質(zhì)的影響,在不同介質(zhì)中波速一般是不同的,D錯(cuò)誤;電磁波與機(jī)械波都能傳輸能量,B正確。
2.(電磁波)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.做非勻變速運(yùn)動(dòng)的電荷可以產(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
解析 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),不能產(chǎn)生電磁波,B錯(cuò)誤;做非勻變速運(yùn)動(dòng)的電荷可以在空間產(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。
3.(電磁波)關(guān)于電磁波的特點(diǎn),下列說(shuō)法不正確的是(　　)A.電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相垂直,電磁波沿二者垂直的方向傳播B.電磁波是橫波C.電磁波傳播不需要介質(zhì)D.電磁波不具有干涉和衍射現(xiàn)象
解析 電磁波具有波所特有的各種屬性,即電磁波具有干涉、衍射、反射等現(xiàn)象。
4.(麥克斯韋電磁場(chǎng)理論)根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.恒定的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),恒定的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)B.變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生變化的電場(chǎng)C.均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng),均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)D.均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng)
解析 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的核心內(nèi)容是:變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng)。即恒定的電場(chǎng)周圍不產(chǎn)生磁場(chǎng);變化的電場(chǎng)周圍可以產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),也可以產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng);均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的規(guī)律與以上類似,故正確答案為D。

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