14.1电磁波的发现 学案（含答案）

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1、1 电磁波的发现电磁波的发现 学科素养与目标要求 物理观念：1.知道麦克斯韦电磁场理论.2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知 道电磁波与机械波的区别 科学态度与责任：1.了解电磁波的发现对人类文明的影响.2.了解麦克斯韦电磁场理论在物理 学发展史上的意义 一、伟大的预言 1变化的磁场产生电场 (1)实验基础：如图 1 所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流 图 1 (2)麦克斯韦的见解：电路里感应电流的产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电 场的作用下发生了定向移动 (3)实质：变化的磁场产生了电场 2变化的电场产生磁场 麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产

2、生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场 二、电磁波 1电磁波的产生：变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波 2电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波在真空中传播时，它的电场强度和磁 感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波 3电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于光速 三、赫兹的电火花 赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，为了纪念他，把频率的单位定为赫兹 判断下列说法的正误 (1)在电场周围，一定存在着和它联系着的磁场( ) (2)在变化的磁场周围一定会产生变化的电场( ) (3)电磁波不能在真空中传播( )

3、(4)电磁波是横波( ) 一、麦克斯韦电磁场理论 1电子感应加速器是用来获得高速电子的装置，其基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两 个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈中通入变化的电流，真空室中的带电粒子 就会被加速，其速率会越来越大请思考：带电粒子受到什么力的作用而被加速？如果线圈 中通以恒定电流会使粒子加速吗？这个现象告诉我们什么道理？ 答案 带电粒子受到电场力作用做加速运动线圈中通入恒定电流时，带电粒子不会被加 速变化的磁场能产生电场 2 用导线将手摇发电机与水平放置的平行板电容器两极相连， 平行板电容器两极板间的距离 为 4 cm 左右， 在下极板边缘放上几个带绝缘底座的可转动

4、小磁针， 当摇动发电机给电容器充 电或电容器放电时，小磁针发生转动，充电结束或放电结束后，小磁针静止不动请思考： 小磁针受到什么力的作用而发生转动？这个现象告诉我们什么道理？ 答案 小磁针受到磁场力的作用而转动变化的电场产生磁场 对麦克斯韦电磁场理论的理解 (1)变化的磁场产生电场 均匀变化的磁场产生恒定的电场 非均匀变化的磁场产生变化的电场 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 (2)变化的电场产生磁场 均匀变化的电场产生恒定的磁场 非均匀变化的电场产生变化的磁场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 例 1 关于电磁场理论，下列说法正确的是( ) A在电场周围一定产生磁场，

5、磁场周围一定产生电场 B在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场 C均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 答案 D 解析 根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生恒定的 磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场 学科素养 例 1 涉及对麦克斯韦电磁场理论的理解学生需要认识到：恒定的磁场不会产 生电场，同样，恒定的电场也不会产生磁场本题考查了学生灵活运用相关知识解决实际问 题的能力，体现了“科学思维”的学科素养 针对训练 某电路中电场随时间变化的图象如下列各图所示，能发射电磁波的电场是(

6、) 答案 D 解析 图 A 中电场不随时间变化，不会产生磁场；图 B 和图 C 中电场都随时间均匀变化， 只能在周围产生恒定的磁场，不会产生和发射电磁波；图 D 中电场随时间做不均匀的变化， 能在周围空间产生变化的磁场，而这个磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从 而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波 二、电磁波 如图所示是赫兹证明电磁波存在的实验装置， 当接在高压感应圈上的两金属球间有电火花时， 导线环上两小球间也会产生电火花，这是为什么？这个实验证实了什么问题？ 答案 当 A、B 两金属球间产生电火花时就会产生变化的电磁场，这种变化的电磁场传播到 导线环时，在导

7、线环中激发出感应电动势，使导线环上两小球间也产生电火花这个实验证 实了电磁波的存在 电磁波与机械波的比较 机械波 电磁波 研究对象 力学现象 电磁现象 周期性 位移随时间和空间做周期性变化 电场强度E和磁感应强度B随时 间和空间做周期性变化 传播情况 传播需要介质，波速与介质有关， 与频率无关 传播无需介质，在真空中波速等 于光速 c，在介质中传播时，波 速与介质和频率都有关 产生机理 由质点(波源)的振动产生 由电磁振荡激发(下节内容) 是横波还是纵波 可能是横波，也可能是纵波 横波 干涉和衍射 可以发生干涉和衍射 例 2 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法中，正确的是( ) A机械波和电

8、磁波，本质上是一致的 B机械波的波速只与介质有关，而电磁波在介质中的波速不仅与介质有关，而且与电磁波 的频率有关 C机械波可能是纵波，而电磁波必定是横波 D它们都能发生反射、折射、干涉和衍射现象 答案 BCD 解析 机械波由振动产生，电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生，机械波是能量波，传 播需要介质，速度由介质决定，电磁波是物质波，波速由介质和自身的频率共同决定；机械 波有横波， 也有纵波， 而电磁波一定是横波， 它们都能发生反射、 折射、 干涉和衍射等现象， 故选项 B、C、D 正确 例 3 (多选)(2018 江苏卷)梳子在梳头后带上电荷，摇动这把梳子在空中产生电磁波该电 磁波( )

9、A是横波 B不能在真空中传播 C只能沿着梳子摇动的方向传播 D在空气中的传播速度约为 3108 m/s 答案 AD 解析 电磁波是横波， 传播方向与振动方向垂直， 既能在真空中传播， 也能在介质中传播 电 磁波在空气中的传播速度约为 3108 m/s，故选项 A、D 正确. 1(麦克斯韦电磁场理论)下列说法中正确的是( ) A任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同频率的振 荡电场 B任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 C任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁场 D电场和磁场总是相互联系着，形成

10、一个不可分割的统一体，即电磁场 答案 C 解析 根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电场)是恒定 的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电场(磁场)在周围 空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的磁场总是相互联系着， 形成一个不可分割的统一体，即电磁场故选 C. 2(电磁波的特点)(多选)下列关于电磁波的说法中，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 3.0108 m/s C电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短 D只要空间中某个区域有变化的电场或变化的磁

11、场，就能产生电磁波 答案 AC 解析 电磁波在真空中的传播速度为光速 c3.0108 m/s，且 cf，从一种介质进入另一 种介质，频率不变，但速度、波长会变化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 3.0108 m/s，在其他介质中的传播速度小于 3.0108 m/s，波长变短，只有交 变的电场和磁场才能产生电磁波 3(电磁波与机械波的比较)关于电磁波，下列叙述中正确的是( ) A电磁波在真空中的传播速度远小于真空中的光速 B电磁波可以发生衍射现象 C电磁波和机械波一样依赖于介质传播 D随着科技的发展，可以实现利用机械波从太空向地球传递信息 答案 B 解析 电磁波在真空中的传播速度等于真空中的光速，故 A 错误；电磁波属于波的一种，能 够发生衍射现象等波特有的现象，故 B 正确；电磁波能在真空中传播，而机械波依赖于介质 传播，不能在真空中传播，故 C、D 错误 4(电磁波与机械波的比较)(2018 新余一中高二下学期第三次段考)电磁波与机械波相比较， 下列说法中不正确的是( ) A电磁波传播不需要介质，机械波传播需在介质中 B电磁波与机械波的波动频率都由波源确定 C电磁波、机械波都能发生衍射和干涉现象 D电磁波、机械波都包括横波和纵波 答案 D