第三章 4 电磁波的发现及其应用-【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（教科版2019）

4．电磁波的发现及其应用 1．了解麦克斯韦电磁理论的两个基本假设。2.了解电磁波的形成和特点。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.知道电磁波两个方面的应用。 一　电磁场 19世纪60年代，麦克斯韦提出了系统的电磁理论，这一理论有两个基本假设。 1．变化的磁场能够在周围空间产生电场 (1)麦克斯韦认为，感应电流的产生是由于磁场的变化而产生的电场作用的结果。他指出，闭合回路的存在只是提供了观测电场存在的手段，不管闭合回路存在与否，只要磁场在变化，它的周围就会产生电场。 (2)麦克斯韦进一步指出，磁场随时间变化快，产生的电场强；磁场随时间的变化不均匀时，产生变化的电场；稳定的磁场周围不产生电场。 (3)产生电场的两种方式：由电荷或由变化的磁场产生。 2．变化的电场能够在周围空间产生磁场 (1)麦克斯韦认为，既然变化的磁场可以在周围空间产生电场，那么变化的电场也可以在周围空间产生磁场。 (2)麦克斯韦认为，若电场随时间变化快，则产生的磁场强；若电场随时间的变化不均匀，则会产生变化的磁场。稳定的电场周围不产生磁场。 3．电磁场 如果在空间某区域有随时间不均匀变化的电场，那么这个变化的电场就在它周围空间产生变化的磁场；这个变化的磁场又在它周围空间引起变化的电场……于是，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。 二　电磁波和电磁波谱 1．电磁波 (1)电磁波的定义：由变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波。 (2)麦克斯韦在1865年从理论上预见了电磁波的存在，并计算出其传播速度等于光速，由此他认为光是电磁波的一种形态。1888年，德国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在。 (3)电磁波在真空中传播的速度c＝3.0×108 m/s，如果用λ表示它的波长，f表示它的频率，则这三个物理量间的关系是c＝λf。 2．电磁波谱 (1)概念：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)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。 三　电磁波的应用 电磁波的应用粗略地划分，主要包括两个方面：一是利用电磁波传递信息；二是利用电磁波的能量。 1．判一判 (1)电场或磁场一定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　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，并且该回路平面不与磁场平行，闭合回路中会产生电流吗？为什么？ 提示：由电磁感应可知，会产生感应电流。因为穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以闭合电路中有感应电流产生。 活动2：我们知道，闭合导体中的自由电荷定向移动形成电流，是受到电场的作用。结合上述现象，可得出关于磁场和电场间关系的什么结论？ 提示：变化的磁场会产生电场。 活动3：如图乙，将开关闭合，小磁针的指向是否变化？如何变化？ 提示：开关闭合瞬间，小磁针的指向改变；开关闭合电路中电流为0后，小磁针的指向又恢复为原来指向。 活动4：由以上实验结果分析，什么样的电场能产生磁场？ 提示：变化的电场会产生磁场。 活动5：麦克斯韦在系统总结前人对电磁规律的研究成果的基础上，提出了变化的电场会产生磁场，变化的磁场也会产生电场。变化的电磁场在空间中的传播会形成电磁波。如图丙，打开收音机的开关，转动选台旋钮，使收音机收不到电台的广播，然后开大音量。在收音机附近，将一根导线的一端连接电池的一个电极，另一端反复碰触电池的另一电极，会发现什么现象？试用麦克斯韦理论分析这种现象的成因。 提示：在实验中，当导线另一端反复碰触电池的另一电极