2018-2019學年高中物理 第四章 電磁波與電信息技術 1 電磁波 2 電磁波譜學案 教科版選修1 -1.doc

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1　電磁波 2　電磁波譜 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.知道麥克斯韋的電磁場理論．(重點) 2．理解變化的電場和磁場相互激發(fā)形成電磁場．(難點) 3．知道電磁波的基本性質．(重點) 4．會用v＝λf解決問題． 5．知道電磁波的不同波段和用途. [自 主 預 習探 新 知] [知識梳理] 一、電磁波 1．麥克斯韋的大膽假設 (1)變化的磁場能產生電場． (2)變化的電場也能產生磁場． 2．電磁波 (1)變化的電場和磁場相互激發(fā)不斷向外傳播，這就是電磁波． (2)赫茲用實驗的方法驗證了電磁波的存在． 3．電磁波的基本性質 (1)電磁波具有能量與質量，是物質運動的一種形式． (2)電磁波可以在真空中傳播，它的傳播速度等于光速，即v＝c＝3108 m/s. (3)單位時間內電磁波所發(fā)送的能量與振蕩頻率有關；頻率愈大，發(fā)送的能量愈多． 二、電磁波譜 1．電磁波的波長、頻率和波速的關系式為c＝λf，頻率越高的電磁波，波長越短． 2．通常把電磁波分為七個波段：無線電波、微波、紅外輻射(紅外線)、可見光、紫外輻射(紫外線)、X射線(倫琴射線)、γ射線． [基礎自測] 1．思考判斷 (1)均勻變化的磁場產生均勻變化的電場．(　　) (2)電磁波的傳播不需要介質．(　　) (3)赫茲證實了麥克斯韋的電磁場理論．(　　) (4)波在傳播過程中，頻率不變(　　) (5)電磁波在真空中的速度最大，其值為3.0108 m/s.(　　) (6)紅外線的波長大于紫外線的波長．(　　) 【提示】　(1)　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√ 2．電磁波在現代生活中有著廣泛的應用，建立完整的電磁場理論并預言電磁波存在的科學家是(　　) A．法拉第 B．麥克斯韋 C．奧斯特 D．愛因斯坦 B　[麥克斯韋是建立完整的電磁場理論并預言電磁波存在的科學家．] 3．電磁波在空中的傳播速度為v，北京交通廣播電臺的頻率為f，該電臺所發(fā)射電磁波的波長λ為(　　) A． B． C． D．vf A　[根據光速、頻率、波長之間關系有：v＝λf，所以波長為：λ＝，故A正確，BCD錯誤．] 4．在電磁波中，頻率不同的電磁波具有不同的特性、真空中，紅外線、紫外線和X射線的波長由長到短排列順序正確的是(　　) A．X射線、紫外線、紅外線 B．X射線、紅外線、紫外線 C．紅外線、紫外線、X射線 D．紫外線、紅外線、X射線 C　[真空中，紅外線、紫外線和X射線的波長由長到短排列順序正確的是：紅外線、紫外線、X射線．故C正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 電磁波的產生和特點 1．麥克斯韋電磁場理論 (1)對變化的磁場產生電場的探究 圖411 探究實驗1：裝置如圖411所示，當穿過螺線管的磁場隨時間變化時，上面的線圈中產生感應電動勢，引起感應電流使燈泡發(fā)光． ①線圈中產生感應電動勢說明了什么？ 麥克斯韋認為變化的磁場在線圈中產生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅使自由電子做定向移動，產生感應電流． ②如果用不導電的塑料線繞制線圈，線圈中還會有電流、電場嗎？(沒有) ③想象線圈不存在時線圈所在處的空間還有電場嗎？(有) 實驗結論：如圖412(甲)所示，麥克斯韋認為線圈只不過是用來顯示電場的存在，如圖412(乙)所示線圈不存在時，變化的磁場同樣在周圍空間產生電場，即這是一種普遍存在的現象，跟閉合電路線圈是否存在無關．線圈的作用只是用來顯示電流的存在． 圖412 ④靜電場其電場線的特點是起于正電荷止于負電荷，不會閉合，而變化的磁場產生的電場其電場線是閉合的． (2)對變化的電場產生磁場的探究 探究實驗2：①靜止電荷周圍的小磁針不偏轉，運動電荷周圍的小磁針發(fā)生偏轉． ②在電容器充放電時，周圍的小磁針發(fā)生擺動． 實驗分析：靜止電荷的周圍是穩(wěn)定的電場，不產生磁場，電荷運動時，周圍產生的是變化的電場，產生磁場使小磁針擺動，在給電容器充、放電時，兩極板上的電荷量發(fā)生變化，引起兩板間的電場發(fā)生變化，從而在周圍產生磁場使小磁針擺動．在給電容器充、放電的時候，不僅導體中電流要產生磁場，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場周圍也要產生磁場． 實驗結論：在變化的電場周圍空間中產生磁場． 2．電磁波的特點 (1)電磁波是橫波，在傳播方向上任一點電場E和磁場B隨時間按正弦規(guī)律變化，E的方向和B的方向彼此垂直且與電磁波的傳播方向垂直． (2)電磁波的傳播速度v＝λf，在真空中的傳播速度等于光速． (3)電磁場中以電場和磁場的形式貯存著能量——電磁能．電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程． (4)麥克斯韋預言了電磁波的存在，赫茲證實了電磁波的存在，測出了波長和頻率，證實了電磁波在真空中傳播速度等于光速，驗證了電磁波的反射、折射、衍射和干涉等現象． 　(多選)下列說法正確的是(　　) A．恒定電流能夠在周圍空間產生穩(wěn)定的磁場 B．穩(wěn)定電場能夠在周圍空間產生穩(wěn)定的磁場 C．均勻變化的電場能夠在周圍空間產生穩(wěn)定的磁場 D．均勻變化的電場和磁場互相激發(fā)，形成由近及遠的電磁場 AC　[根據奧斯特實驗可以驗證電流的磁效應，當電流恒定時產生的磁場是穩(wěn)定的，故A正確．穩(wěn)定的電場不能產生磁場，故B錯誤．電場變化時產生磁場，且均勻變化時產生穩(wěn)定磁場，故C正確．均勻變化的電場產生穩(wěn)定磁場，而穩(wěn)定的磁場不能再次激發(fā)電場，故不能形成由近及遠的電磁場，D錯誤．] 在理解麥克斯韋的電磁場理論時，要注意靜電場不產生磁場，穩(wěn)定的磁場也不產生電場. [針對訓練] 1．電磁波在真空中的傳播速度為________m/s，某電臺發(fā)射 的電磁波的頻率為300 kHz，它的波長為________m. 【解析】　電磁波在真空中的傳播速度為c＝3108 m/s 根據c＝λf，有 λ＝c/f＝m＝1 000 m 【答案】　3108　1 000 電磁波譜及其應用 1．電磁波譜 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線合起來，構成了范圍非常廣泛的電磁波譜．可見光只是其中很窄的一個波段．由于它們都是本質相同的電磁波，所以它們的行為都遵循共同的規(guī)律，但另一方面，由于它們的頻率不同而又呈現出不同的特性．例如，波長較長的無線電波，很容易表現出干涉、衍射現象，但對波長越來越短的可見光、紫外線、X射線、γ射線，要觀察到它們的干涉、衍射現象越來越困難了． 2．電磁波譜中各種波段的特征用途比較 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 倫琴射線 γ射線 特性 波動性強 熱作用強 感光性強 化學作用熒光效應 穿透力強 穿透力最強 用途 通訊廣播、導航 加熱、遙測遙感、紅外攝像、紅外制導 照明、照相等 殺菌消毒、治療皮膚病等 檢查、探測、透視、治療 探測、治療 產生機理 振蕩電路中自由電子的周期性運動 原子外層電子受到激發(fā) 原子內層電子受到激發(fā) 原子核受激發(fā) 說明 振蕩電路中產生 一切物體都能輻射 由七種色光組成 一切高溫物體都能輻射 倫琴射線管中高速電子流射至陽極產生 放射性元素衰變時產生 遞變規(guī)律 ――――――――――――→ 頻率變大，衍射能力減弱 　(多選)以下關于電磁波譜的理解正確的是(　　) A．紅外線的波長比紫外線的波長短 B．可見光不屬于電磁波 C．無線電波的波長比γ射線波長要長 D．無線電波的波長大于1 mm CD　[按照波長由小到大的順序排列，電磁波可劃分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波，而波長大于1 mm的電磁波屬于無線電波．所以C、D正確．] 從無線電波到γ射線都是本質相同的電磁波，其行為服從共同的規(guī)律，但因波長(或頻率)不同又表現出不同的特點.要熟記各部分的波長、頻率范圍及其關系，知道同一電磁波的波長與頻率成反比. [針對訓練] 2．(多選)電磁波按波長大小的順序把它們排列成譜，如圖413所示，由電磁波譜可知(　　) 圖413 A．微波是不可見光 B．紅外線可以殺菌消毒 C．紫外線的波長比紅外線長 D．X射線能穿透物質，可以用來檢查生物骨骼結構 AD　[微波是不可見光，選項A正確；紅外線有熱作用，紫外線可以殺菌消毒，選項B錯誤；紫外線的波長比紅外線短，選項C錯誤；X射線能穿透物質，可以用來檢查生物骨骼結構，選項D正確；故選AD.] [當 堂 達 標固 雙 基] 1．電磁場理論預言了什么(　　) A．預言了變化的磁場能夠在周圍空間產生電場 B．預言了變化的電場能夠在周圍產生磁場 C．預言了電磁波的存在，電磁波在真空中的速度為光速 D．預言了電能夠產生磁，磁能夠產生電 C　[麥克斯韋預言了電磁波的存在，并計算出了電磁波的傳播速度等于光速．] 2．對紅外線的作用及來源不正確的敘述有(　　) A．一切物體都在不停地輻射紅外線 B．紅外線有很強的熒光效應 C．紅外線最顯著的作用是熱作用 D．紅外線容易穿過云霧、煙塵 B　[一切物體都在不停地輻射紅外線，且熱的物體比冷的物體的紅外線輻射本領大，A正確．熒光效應是紫外線特性，紅外線沒有，紅外線的最顯著作用是熱作用，B錯誤，C正確．紅外線波長較長，衍射能力比較強，D正確．故選B.] 3．根據麥克斯韋的電磁場理論，下列說法中正確的是(　　) A．在電場周圍一定產生磁場，在磁場周圍一定產生電場 B．在變化的電場周圍一定產生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產生變化的電場 C．均勻變化的電場周圍一定產生均勻變化的磁場 D．周期性變化的電場周圍一定產生周期性變化的磁場 D　[根據麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的電場才能產生磁場，均勻變化的電場產生穩(wěn)定的磁場，非均勻變化的電場產生變化的磁場．故選D.] 4．①驗鈔機的紫外線、②電視機遙控器的紅外線、③CT機的X射線，它們都是電磁波，按頻率從高到低的排列順序是(　　) A．①②③　　 B．③②① C．②③① D．③①② D　[CT機的X射線的頻率高于驗鈔機的紫外線的頻率；驗鈔機的紫外線的頻率高于電視機遙控器的紅外線的頻率．故D項正確．]