第十三章 电磁感应与电磁波初步 4 电磁波的发现及应用-【金版教程】2023-2024学年新教材高中物理必修第三册创新导学案word（人教版2019）

4．电磁波的发现及应用 1．了解麦克斯韦电磁场理论的两个基本论点：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。2.了解电磁波是怎样形成的；了解电磁波的传播，以及与光的联系；知道赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。3.知道波长、频率与波速的关系，了解电磁波谱及各种电磁波的应用。4.知道电磁波具有能量，电磁波是一种物质，了解电磁波在通信中的应用。 一　电磁场 1．麦克斯韦对电磁感应现象的分析 在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路中会产生感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动；即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样会在空间产生电场。即电磁感应现象的实质是变化的磁场产生了电场。 2．麦克斯韦的假设 麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆地假设：变化的电场产生磁场。 3．电磁场：变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。 二　电磁波 1．麦克斯韦对电磁波的预言 如果在空间某区域中有周期性变化的电场，那么它就在空间引起周期性变化的磁场；这个变化的磁场又引起新的变化的电场。于是，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成了电磁波。 2．电磁波的传播：电磁波可以在真空中传播，电磁波的速度等于光速。 3．光的电磁理论：光是以波动形式传播的一种电磁振动。 4．电磁场理论的证实：1886年，德国科学家赫兹通过实验捕捉到了电磁波。后来他又做了大量的实验，证实了麦克斯韦的电磁场理论，为无线电技术的发展开拓了道路。 三　电磁波谱 1．波长、频率、波速 (1)波长：在一列水波中，凸起的最高处叫作波峰；凹下的最低处叫作波谷。邻近的两个波峰(或波谷)的距离叫作波长。 (2)频率：在1 s内波峰(或波谷)通过的次数。 (3)波速：用来描述波传播快慢的物理量。 (4)波速、波长、频率的关系：波速＝波长×频率。如果用λ表示电磁波的波长，f表示它的频率，那么，电磁波的波速c与λ、f的关系是c＝λf。电磁波在真空中的速度c＝3×108 m/s。 2．电磁波谱 按电磁波的波长或频率大小的顺序把各种电磁波排列起来，就是电磁波谱。按波长从长到短依次排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 3．电磁波的特性及应用 不同电磁波由于具有不同的波长(或频率)，因此具有不同的特性。利用这些特性，电磁波在生产、生活中有广泛的应用。 (1)无线电波：长波、中波、短波可以用于广播及其他信号的传输，微波可以用于卫星通信、电视等的信号传输。 (2)红外线：可以用来加热理疗。 (3)可见光：可以用于通信。 (4)紫外线：可以消毒。 (5)X射线：可以用于诊断病情。 (6)γ射线：可以摧毁病变的细胞。 四　电磁波的能量、电磁波通信 1．电磁波具有能量，电磁波是一种物质。 2．负责通话的电信网、广播电视网和互联网中的信息都是通过电磁波来传递的。电磁波携带的信息，既可以有线传播，也可以无线传播。 1．判一判 (1)电场或磁场能够在空间产生电磁波。(　　) (2)麦克斯韦预言了电磁波的存在。(　　) (3)电磁波的传播不需要介质，水波、声波的传播也不需要介质。(　　) (4)电磁波在真空中的传播速度与光速相同，其值为3.0×108 m/s。(　　) (5)赫兹证实了麦克斯韦的电磁场理论。(　　) (6)可利用红外线的荧光效应判别人民币的真伪。(　　) (7)电磁波的一个重要应用是无线电通信。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×　(7)√ 2．想一想 (1)麦克斯韦根据什么认为“变化的磁场产生电场”？ 提示：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)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：“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。 (3)各种电磁波按照频率从大到小如何排列？ 提示：γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。 探究1　电磁场与电磁波 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲所示，在变化的磁场中放入一个闭合电路，电路中会产生电流，为什么？ 提示：因为穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以闭合电路中会有感应电流产生。 活动2：结合图乙分析，图甲中自由电荷能够在闭合电路中定向运动的根本原因是什么？ 提示：闭合电路中存在电场，自由电荷在电场中受到力的作用而定向运动。 活动3：借鉴法拉第场的观点，尝试由上述分析总结出结论。 提示：变化的磁场会在其周围空间产生电场。例如图甲中产生的电场如图所示： 1．麦克斯韦电磁场理论的两个基本论点 (1)变化的磁场产生电场 在变化的