物理必修 第三册第三章 电磁场与电磁波初步4 电磁波的发现及其应用图片ppt课件

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1.了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容。2.能说出电磁波谱的组成,知道光是电磁波。3.能说出电磁波谱各波段的特性和主要用途。4.了解电磁波的应用,知道我国在此方面的成就。5.知道微观粒子的能量是不连续变化的,能量量子化是研究微观世界的基本观点。6.了解光和微观粒子的波粒二象性。
1.体会电磁场理论的产生过程,形成科学思维。2.通过了解电磁波在生活中的应用及我国在此方面的成就,形成科学态度与责任。3.根据对光的波粒二象性、能量量子化等观点的了解,形成物理观念。
一、电磁波的发现1.麦克斯韦电磁理论的两个基本假设(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场(如图所示)。(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场(如图所示)。
2.电磁场:变化的电场和变化的磁场交替产生,形成不可分割的统一体,称为电磁场。3.电磁波(1)电磁波的产生:变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的,这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。(2)电磁波的特点:①电磁波的波长、频率、波速的关系:c= λf 。在真空中,电磁波的速度c=3.0×108 m/s。②电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。4.我们看的电视用的是无线电波中的哪一波段?提示:微波。
二、电磁波谱及电磁波的应用1.电磁波谱(1)按波长或(频率)的顺序把所有电磁波排列起来,称之为电磁波谱。(2)按波长由大到小的顺序,它们分别是:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。电磁波的频率越高,它的波长就越短。
2.电磁波的应用(1)利用电磁波传递信息。①传输:可以通过电缆、光缆进行有线传输,也可以实现无线传输。②意义:极大地丰富了人们的生活,拉近了人与人间的距离,改变了人们的生活方式,让电子商务、远程控制等新事物成为现实。③应用:探索未知世界。(2)利用电磁波的能量。①生活:最常见、最普遍的电磁波能量是太阳光,生活中还常用到的器具是微波炉。②军事:微波定向能武器、激光武器等。
3.说一说你家在哪些方面用到了电磁波。提示:手机、网络、电视、微波炉等。
三、微观世界的量子化1.能量子(1)定义:普朗克发现电磁波的发射和吸收都是不连续的,他把每一份的能量叫作能量子。(2)公式:ε= hν ,其中h=6.626×10-34 J·s,称为普朗克常量,ν为波的频率。
2.波粒二象性请连线。
3.能量量子化(1)能级。①定义:原子的不连续的、量子化的能量值称为能级。②基态:原子处于能量最低的状态。③激发态:原子处于能量较高的状态。(2)跃迁。①定义:原子从某一能级“跳跃”到另一个能级的过程称为跃迁。②规律:从较低的能级跃迁到较高的能级,必须吸收能量;反之,则要释放出能量。过程中能量的变化等于两能级的能量差。4.试列举生活中宏观概念量子化的例子。提示:花生米的粒数、人的个数等。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)变化的电场一定产生变化的磁场。(　　)(2)磁场一定可以产生电场,电场也一定可以产生磁场。(　　)(3)电磁波在真空和介质中传播速度相同。(　　)(4)只要有电场和磁场,就能产生电磁波。(　　)(5)电磁波在同种介质中只能沿直线传播。(　　)(6)γ射线是波长最短的电磁波,它比X射线的频率还要高。(　　)(7)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　　)
2.普朗克常量是自然界的一个基本常数,它的数值是(　　)×10-23 ml-×10-3 ml·×10-34 J·×10-16 ml·s答案:C解析:普朗克常量是一个定值,由实验测得它的精确数值为6.626×10-34 J·s,在记忆时关键要注意它的单位和数量级。
3.(1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”?(2)关于“变化的电场产生磁场”的观点,他是在什么情况下提出的?
提示:(1)麦克斯韦是在法拉第电磁感应现象的基础上提出“变化的磁场产生电场”的假设。(2)“变化的电场产生磁场”是他相信自然规律和谐统一而假设的,他相信磁场和电场有对称之美。他认为:既然变化的磁场能够在空间产生电场,那么变化的电场也能够在空间产生磁场。
“嫦娥四号”是人类首次进行月球背面着陆探测的探测器。由于月球自转周期与绕地球公转周期相同,所以总有一面背对着地球。着陆在月球背面的探测器受到月球自身遮挡,无法直接与地球进行测控通信和数据传输。为此我国发射了国内首颗地球轨道外专用中继通信卫星“鹊桥号”,作为“嫦娥四号”探测器与地球之间的数据中转站。
你知道它们是通过什么传递信息的吗?
提示:电磁波(无线电波)。
1.电磁场的产生如果在空间某处有周期性变化的电场,那么这个变化的电场就在它周围空间产生周期性变化的磁场,这个变化的磁场又在它周围空间产生变化的电场——变化的电场和变化的磁场是相互联系着的,形成不可分割的统一体,这就是电磁场。
2.对麦克斯韦电磁场理论的理解
3.机械波与电磁波的比较
要想产生电磁波,电场和磁场必须是振荡变化的。无论电磁波还是机械波,都能产生干涉和衍射现象。
【例题1】 (多选)以下关于机械波与电磁波的说法正确的是(　　)A.机械波与电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:机械波由机械振动产生,电磁波由周期性变化的电场(或磁场)产生。机械波是质点振动的传播,传播需要介质,速度由介质决定;电磁波是物质波,传播不需要介质。电磁波的波速由介质和本身频率共同决定。机械波有横波,也有纵波,而电磁波一定是横波,故B、C、D正确,A错误。
电磁波的特点1.电磁波有波的一切特点:能发生反射、折射现象,能产生干涉、衍射等现象。2.电磁波是横波。在电磁波中,每处的电场强度和磁感应强度方向总是互相垂直的,并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直。3.电磁波可以在真空中传播,向外传播的是电磁能。
【变式训练1】 (多选)按照麦克斯韦的电磁场理论,以下说法正确的是(　　)A.恒定的电场周围产生恒定的磁场,恒定的磁场周围产生恒定的电场B.变化的电场周围产生磁场,变化的磁场周围产生电场C.均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场,均匀变化的磁场周围产生均匀变化的电场D.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E.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
答案:BDE解析:麦克斯韦电磁场理论的核心内容是:变化的电场产生磁场;变化的磁场产生电场。对此理论全面正确理解为:不变化的电场周围不产生磁场;变化的电场可以产生变化的磁场,也可产生不变化的磁场;均匀变化的电场产生稳定的磁场;周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。由变化的磁场产生电场的规律与上相似。由此可知,B、D、E正确。
1.2020年年初,被誉为“天眼”的国家重大科技基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)顺利通过国家验收,正式开放运行。之后,FAST运行正常,并陆续启动了五个重大和优先项目的科学观测,进入科学产出阶段。
请查资料了解中国“天眼”的工作波段。
提示:L波段(频率在1~2 GHz的无线电波波段)。
2.请同学说出电磁波家族中,主要有哪些种类,波长最长的是什么,波长最短的是什么,电视机信号属于哪一波段。
提示:电磁波家族有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。波长最长的是无线电波中的长波。波长最短的是γ射线。电视机信号属于微波。
1.电磁波谱无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线合起来,构成了范围非常广泛的电磁波谱。可见光只是其中很窄的一个波段。由于它们都是本质相同的电磁波,所以它们的行为都遵循共同的规律,但另一方面,由于它们的频率不同而又呈现出不同的特性。例如,波长较长的无线电波,很容易表现出干涉、衍射现象,但对波长越来越短的可见光、紫外线、X射线、γ射线,要观察到它们的干涉、衍射现象就越来越困难了。
2.电磁波谱中各种波段的特征用途比较
【例题2】 (多选)以下关于电磁波谱的理解正确的是(　　)A.红外线的波长比紫外线的波长短B.可见光不属于电磁波C.无线电波的波长比γ射线的波长要长D.无线电波的波长大于1 mm答案:CD解析:按照波长由小到大的顺序排列,电磁波可划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波,而波长大于1 mm的电磁波属于无线电波。所以C、D正确。
从无线电波到γ射线都是本质相同的电磁波,其行为服从共同的规律,但因波长(或频率)不同又表现出不同的特点。要熟记各部分的波长、频率范围及其关系,知道同一电磁波的波长与频率成反比。
【变式训练2】 (多选)电磁波按波长大小的顺序把它们排列成谱,如图所示,由电磁波谱可知(　　)A.微波是不可见光B.红外线可以杀菌消毒C.紫外线的波长比红外线长D.X射线能穿透物质,可以用来检查生物骨骼结构
答案:AD解析:微波是不可见光,选项A正确;红外线有热作用,紫外线可以杀菌消毒,选项B错误;紫外线的波长比红外线短,选项C错误;X射线能穿透物质,可以用来检查生物骨骼结构,选项D正确。
阅读课本第137~138页,并叙述氢原子光谱中可见光范围内的四条分立的明线产生的原因。
提示:氢原子从n=3,4,5,6能级跃迁到n=2的能级时释放的光子分别对应着光谱在可见光范围内的四条明线。
对能量子的理解1.概念:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.能量子大小:ε=hν=h ,其中ν是电磁波的频率,λ为电磁波的波长,h称为普朗克常量。h=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。3.能量的量子化:在微观世界中能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。
【例题3】 硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量)(　　)
光子是电磁波,是能量,不带电;而电子是实物粒子,带负电,两者有本质的区别。
【变式训练3】 能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J,已知可见光的平均波长约为60 μm,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,则进入人眼的光子数至少为多少个?
1.(电磁场和电磁波)(多选)关于电磁场、电磁波的认识,下列说法正确的是(　　)A.电磁波的传播需要介质B.电磁波从一种介质进入另一种介质,频率不变C.电磁波传播的过程中也传递了能量D.在电场周围一定产生磁场,磁场周围一定产生电场答案:BC解析:周期性变化的电场与磁场相互感应产生,并向外传播,从而形成电磁波,电磁波的传播不需要介质,A错误;只有变化的电场(磁场)才能产生磁场(电场),D错误。
2.(麦克斯韦电磁场理论)下列说法正确的是(　　)A.变化的磁场不能产生电场B.变化的电场不能产生磁场C.麦克斯韦证实了电磁波的存在D.电磁波能在真空中传播答案:D解析:变化的磁场周围会产生电场,故A错误;变化的电场周围会产生磁场,故B错误;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故C错误;电磁波可以在真空、固体、液体、气体中传播,故D正确。
3.(电磁波谱)①验钞机的紫外线,②电视机遥控器的红外线,③CT机的X射线,它们都是电磁波,按频率从高到低的排列顺序是(　　)A.①②③B.③②①C.②③①D.③①②答案:D解析:CT机的X射线的频率高于验钞机的紫外线的频率,验钞机的紫外线的频率高于电视机遥控器的红外线的频率,故D项正确。
4.(能量子的相关计算)下表是可见光波长与频率对照表,则对应于3.4×10-19 J的能量子,其电磁辐射的频率和波长各是多少?它是什么颜色?可见光的波长与频率对照表