第4节 电磁波的发现及应用-2022-2023学年高一物理同步精品备课教案（人教版2019必修第三册）

第4节　电磁波的发现及应用(学案) 学习目标　 1.了解麦克斯韦电磁场理论，知道电磁场的概念. 2.知道电磁波的特点，掌握电磁波波长、频率、波速之间的关系. 3.知道电磁波谱中各种电磁波的排列顺序，了解各种电磁波的应用，了解电磁波的能量． 一、电磁场 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场产生电场 ①在变化的磁场中放入一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路中会产生感应电流．这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场． ②即使在变化的磁场中没有闭合电路，也同样会在空间产生电场． (2)变化的电场产生磁场 变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场． 2．电磁场：变化的电场和磁场互相联系，所形成的不可分割的统一体． 二、电磁波 1．产生：周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播，形成电磁波． 2．特点 (1)电磁波可以在真空中传播． (2)电磁波的传播速度等于光速． (3)光在本质上是一种电磁波．即光是以波动形式传播的一种电磁振动． 三、电磁波谱　电磁波的能量　电磁波通信 1．电磁波谱 (1)概念：按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱． (2)电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c＝λf. (3)电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s. (4)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线． (5)各种电磁波的特性 ①无线电波：用于广播、卫星通信、电视等的信号传输． ②红外线：用来加热理疗等． ③可见光：照亮自然界，也可用于通信． ④紫外线：用于消毒． ⑤X射线：用于诊断病情． ⑥γ射线：可以摧毁病变的细胞． 2．电磁波的能量 (1)光是一种电磁波，光具有能量． (2)电磁波具有能量，电磁波是一种物质． 一、麦克斯韦电磁场理论 1．麦克斯韦电磁场理论 (1)变化的磁场周围会产生电场 麦克斯韦提出，在变化的磁场周围会激发出一种电场，不管有无闭合电路，变化的磁场激发的电场总是存在的，如图1所示． 图1 (2)变化的电场周围会产生磁场 麦克斯韦从场的观点得出，即使没有电流存在，只要空间某处的电场发生变化，就会在其周围产生磁场． 2．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的磁场不产生电场 恒定的电场不产生磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场 周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场 例1 (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．变化的电场和稳定的磁场相互关联，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 针对训练1　(2022·四川·期中)下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是(　　) A．变化的磁场产生的电场一定是变化的 B．不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不均匀变化的电场 C．稳定的磁场产生不稳定的电场 D．振荡的磁场在周围空间产生的电场是振荡的 二、电磁波 1．电磁波的形成 周期性变化的电场和磁场交替产生，形成电磁场，电磁场由近及远传播，形成电磁波． 2．电磁波的特点 (1)在传播方向上，任意一点的E和B都随时间周期性变化，E和B相互垂直，且与电磁波的传播方向垂直．如图2. 图2 (2)电磁波可以在真空中传播．电磁波在真空中传播速度等于光速c＝3×108 m/s. (3)电磁场储存电磁能，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程． (4)只有周期性变化的电场和磁场相互激发才能形成电磁波． (5)电磁波是电磁场在空间中的传播，电磁场是一种客观存在的物质——场物质． 3．电磁波的波速 对于电磁波，用λ表示电磁波的波长、f表示频率、c表示波速，则有c＝λf. 例2 (多选)(2022·山东·期中)关于电磁波，下列说法中正确的是(　　) A．只要电场或磁场发生变化，就能产生电磁波 B．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在，赫兹最先用实验证实了电磁波的存在 C．电磁波和机械波都依赖于介质才能传播 D．电磁波具有能量，电磁波的传播是伴随着能量向外传递的 例3 电磁波在真空中传播的速度c＝3×108 m/s，有一个广播电台的频率f＝90.0 MHz，这个电台发射的电磁波的波长λ为(　　) A．2.70 m B．270 m C．3.00 m D．3.33 m 三、电磁波谱 1．电磁波谱 电磁波按波长由大到小排列顺序为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．它