物理选择性必修 第二册2 电磁场与电磁波导学案

4.2 电磁场与电磁波

1、了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义.

2、了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性.

3、了解麦克斯韦的电磁场理论，实现了从经典物理学向现代物理学的重大转折

【重点】了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义.

【难点】了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性.

【课前自主学习】

一、知识前置

1．电磁波的产生

变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成_____。

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______，而且二者均与波的传播方向______，因此电磁波是横波。

3．电磁波的速度

麦克斯韦得到电磁波的速度等于 ____。他指出了光的 ____本质。

4．麦克斯韦电磁场理论的意义

不仅预言了_____的存在，而且揭示了电、磁、光现象在本质上的____性，建立了完整的电磁场理论。

5．赫兹的电火花

(1)赫兹的实验装置

(2)实验现象

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。

(3)现象分析

当感应圈使得与它相连的两个金属球间产生火花时，空间出现了迅速变化的______，这种变化的电磁场以 ______的形式在空间传播。当电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出 _______，使得导线环的空隙中也产生了火花。

(4)实验结论：证实了_______的存在。

问题1：麦克斯韦电磁理论有哪些主要内容？电磁波有哪些特点？

问题2：电磁波在传播过程中哪些物理量不变？哪些物理量会改变？

问题3：电磁波与机械波有什么区别？

二、新知学习

1.问题：电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？

电磁学之父：麦克斯韦简介

詹姆斯·克拉克·______（James Clerk Maxwell，1831年6月13日〜1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。1873年出版的《______》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。______被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。

电磁场

麦克斯韦假设的两大观点：

变化的磁场产生电场 这是一个______，跟闭合电路是否存在______。

变化的电场产生磁场 电场就像______，也会在空间产生______。

变化的磁场周围产生电场               变化的电场周围产生磁场

电磁场理论的理解——变化的磁场产生电场

【思考】：如右图,交流电产生了周期变化的磁场,上面的线圈中产生电流使灯泡发光

1、如果用不导电的塑料线绕制线圈,线圈中还有电流电场吗?（______）

2、线圈不存在时,线圈所处的空间还有电场吗?（______）

3、若改成恒定的直流电,还有电场吗?（______）

 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,跟闭合电路是否存在无关,导体环只是用来显示电流的存在。

电磁场理论的理解——变化的电场产生磁场

理解:(1) 电场均匀变化产生______磁场

     (2) 非均匀变化产生______磁场

说明：1、根据麦克斯韦理论,在给电容器充电的时候,不仅导体中的______,而且在电容器两极板间变化着的电场周围______。

2、“变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。

电磁场与电磁波的概念：______

3、对麦克斯韦电磁场理论的理解:

1）、______；

2）、______；

3）、______；

4）、______；

5）、______；

6）、______。

电磁波

电磁波的形成过程：______

电磁波的特点：______

１、电磁波是______

２、电磁波的传播______

电磁波与机械波的区别：

赫兹的电火花实验

实验现象：______。

实验原理：______。

赫兹的成就

1）、______。

2）、______。

1．（单选）根据麦克斯韦电磁场理论,以下说法中正确的是(　　)　　　　 　　　　　　 　　　　　　

A.电场一定能产生磁场,磁场一定能产生电场

B.稳定的电场产生稳定的磁场,稳定的磁场产生稳定的电场

C.周期性变化的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场产生周期性变化的电场

D.均匀变化的电场产生均匀变化的磁场,均匀变化的磁场产生均匀变化的电场

2．（多选））关于电磁场理论的叙述正确的是(　　)

A.变化的磁场周围一定存在着电场,与是否有闭合电路无关

B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场

C.变化的电场和变化的磁场相互关联,形成一个统一的场,即电磁场

D.电场周围一定存在磁场,磁场周围一定存在电场

3.（单选）如图所示是空间中某磁场的磁感应强度B随时间变化的图像,在它周围空间产生的电场中的某一点的电场强度E应是(　　)

ZXXK]

A.逐渐增强  B.逐渐减弱   C.不变  D.无法确定

4.（多选）下列说法正确的是(　　)

A.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场

B.稳定电场能够在周围空间产生稳定的磁场

C.均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场

D.均匀变化的电场和磁场互相激发,形成由近及远传播的电磁波

5．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3.0×108 m/s

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

6.电磁波由真空中进入介质中时，其波速变为原来的一半，则波长将变为原来的多少倍？

断下列说法的正误．

(1)电磁波的传播速度等于声速．(   )

(2)电磁波不能在真空中传播．(    )

(3)电磁波的电场强度和磁场强度相互垂直，且二者与波的传播方向垂直．(   )

(4)电磁波是横波．(  )

参考答案

1.【答案】C

【解析】　稳定的电场不能产生磁场,稳定的磁场不能产生电场,选项A、B错误;根据麦克斯韦电磁场理论可知,周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场,选项C正确;均匀变化的电场周围产生稳定的磁场,均匀变化的磁场周围产生稳定的电场,选项D错误。

2.【答案】ABC

【解析】　变化的磁场周围一定存在电场,与是否有闭合电路无关,选项A正确;周期性变化的磁场会在周围空间引起同频率变化的电场,选项B正确;变化的电场和变化的磁场相互联系,形成一个不可分割的统一的电磁场,选项C正确;稳定的电场不能产生磁场,稳定的磁场也不能产生电场,选项D错误。

3.【答案】　C

【解析】　由题图可知,磁场的磁感应强度均匀增强,根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场产生恒定的电场,即电场强度E不变,选项C正确,A、B、D错误。

4.【答案】AD

【解析】电场按其是否随时间变化分为稳定电场(静电场)和变化电场(如运动电荷形成的电场),稳定电场不产生磁场,只有变化的电场周围空间才存在对应磁场,故B选项错误,C选项正确。恒定电流周围存在稳定磁场,A选项正确。电磁波的形成必须有周期性变化的电磁场互相激发,D选项错误。

5.【答案】AC

【解析】A选项考查电磁波的产生机理,正确;电磁波在真空中波速为3.0×108 m/s,在其他介质中波速都小于光速,其原因是频率不变,波长变短,故C选项对,B选项错;电磁波具备波的一切特征,故D选项错。故正确选项为A、C。

6.【答案】0.5倍

【解析】电磁波由真空进入介质中时，周期不变。

由λ＝vT可知，＝＝   即λ＝λ0＝0.5λ0。

判断题：

(×)  (×)  (√)  (√)