13.4电磁波的发现及应用 导学案 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第三册

实物粒子是物质存在的一种形式，场是物质存在的另一种形式，它们都是客观存在的。场具有能量。_____ 高一物理学教评一体化学习设计 编者： 审核: 高一物理组 日期： 13.4电磁波的发现及应用 【课标要求】 通过实验，了解电磁波，知道电磁场的物质性；通过实例，了解电磁波的应用及其带来的影响。 【学习目标】 1、了解人类发现电磁波的历史，知道麦克斯韦、赫兹等物理学家对电磁波发现做出的巨大贡献，领会在电磁波的发现过程中所蕴含的科学方法和科学精神。 2、体验赫兹证明麦克斯韦预言的电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理理论和实验的相互配合对科学发展的巨大作用。 3、了解电磁波本身是一种特殊物质，电磁波能传递能量和信息。 4、了解电磁波谱中各波段的主要特性及其在科技、经济和社会信息化等方面的主要应用。知道可见光是电磁波谱家族中的一个频段。 【情境设计】 古时用点燃烟火传递重要消息。白天施烟，夜间点火，台台相连——烽火台。古时候人们信息交流很难，只有最紧急的事才会用到——八百里加急。为方便传递信息，古代神话小说里出现了"顺风耳和千里眼"。如今，电磁波为信息的传递插上了翅膀。广播、电视、移动通信等通信方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。那么，电磁波是如何产生的呢？ 【问题体验1】 1、什么是电磁感应现象？ 2、为什么闭合线圈内的磁通量发生了改变，线圈中就会产生感应电流呢？如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还会有电流吗？线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 3、 麦克斯韦是这样思考的:线圈中产生了感应电流，一定是因为导线内自由移动的电荷受到了______力的作用，而这个电场的产生一定是因为线圈内的______发生了改变的缘故。麦克斯韦在对法拉第、安培、奥斯特、库仑等科学家的研究成果进行了大量的研究分析后，经过大胆的猜测和推理指出:在任意空间内，只要磁场的________发生改变，在环绕磁场的外围空间内就会产生环绕状的_____场。这个环绕状电场的电场线是无头无尾、涡旋状的封闭环,说明这种环绕状的电场和有头有尾的静电场是不同的)，麦克斯韦称之为感应电场。麦克斯韦明确指出，电磁感应的实质就是_________________________。麦克斯韦进一步指出，磁场随时间变化快，产生的电场_____;磁场随时间的变化不均匀时，产生______的电场:稳定的磁场周围______产生电场。这意味着电场可由两种方式产生:由______或由__________磁场产生。 4、 洞察世界，使得物理学家们坚信自然规律一定具有对称、统一、简约、和谐之美!例如，有作用力就有反作用力;奥斯特发现了“电生磁”现象之后，______发现了“磁生电”，麦克斯韦认为电与磁也应该是对称、统一、简约、和谐的。同学们认为接下来他会有什么理论猜想? 5、 电场随时间变化快，则产生的磁场_____;若电场随时间的变化不均匀，则会产生_______的磁场。稳定的电场周围_____产生磁场。麦克斯韦根据上述两个基本假设，进一步指出: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____场;这个变化的____场又在它周围空间引起变化的____场……于是，变化的____场和变化的____场交替产生，形成不可分割的统一体，称为_______场。上述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＿＿＿＿波(图 3-4-4)。 6、 小聪用塑料梳子梳理头发，梳子带上了电荷。当她来回抖动梳子时，电荷随之运动。根据麦克斯韦的电磁理论，你认为空间有变化的电场和磁场吗?梳子在向外发射电磁波吗? 7、 变化的磁场和变化的电场形成不可分割的统一体——电磁场，它会由近及远地向外传播，它的传播需要介质吗?它传播的速度是多少?它与光有什么关系？ 8、 观看视频：赫兹的电火花实验和捕捉电磁波实验。 如图13.4-2，高压发生器G上安装两根长约1m 、带 有放电电极的铜管A 、B, 两极的间隙约0.5 cm，铜管构成发射天线。绝缘架上固定同样的两根铜管C 、D 作为接 收天线，两管成一直线，中间连接一个电流表。闭合高压发生器G 的电源，在两个电极间产生放电火花。让接收天线与发射天线平行，改变两个天线的距离，观察电流表示数的变化。 【归纳总结1】电磁场和电磁波 1.英国麦克斯韦电磁场理论: _______的磁场产生电场, ________的电场产生磁场。 2.电磁场: ________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。 3.在空间某区域中有周期性变化的电场,它就在空间引起________的磁场;这个变化的磁场又会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,由近及远地向周围传播,形成________。速度等于______，光是以_____形式传播的_______振动。 4.电磁波可以在_____中传播，它的传播靠的是____场和____场的相互“激发”,因此不需要_______。机械波如声波和水波传播都离不开_______， 5.1886年, 德国______通过_____捕捉到了电磁波,证实了麦克斯韦的电磁场理论。 【达标检测1】 2. 中国航天员在天宫一号上成功进行了太 空授课(图13.4-7)。已知天宫一号空间实验室轨道半径为6740 km, 地球半径为6400 km, 试计算航天员讲课的实时画面从天宫一号空间实验室发至地面接收站，最少需要多少时间? 【问题体验2】在一列水波中，凸起的最高处叫作______；凹下的最低处叫作_。邻近两个_______（或_______）的距离叫作______。在1s内有多少次______（或_____）通过，波的频率f就是多少。水波不停地向远方传播，用来描述波传播快慢的物理量叫作______。波速v=____=_____。电磁波可以在真空中传播的速度等于c＝__________；且满足c=_______=________。如家用微波炉的微波频率为2450 MHz,它的波长是多少? 2、观察上面的电磁波谱：电磁波的频率范围由小到大排列：_________、______、_______、_______、________、_______都是电磁波。可被视网膜感知的可见光（波长在700nm~400nm）只是电磁波中的一小部分，按波长由大到小排列就是________________________________________________七种。 ①无线电波：波长大于1mm，分为____波、___波、____波主要用于__________；___波主要用于________________。 ②红外线：_____的物体都在不停地发射______，主要用于______________； ③紫外线：波长在400nm~5nm，有较高的能量。可用于________________等； ④x射线：波长比紫外线更___，可用于_________________； ⑤γ射线：可以摧毁病变的________。 3、 _______用“力线”形象地描述了电磁场，_________用数学语言表述了电磁场。但在当时，人们只把电磁场看作研究电磁现象的一种方法。_______通过实验证实了电磁波的存在，这意味着，电磁场不仅仅是一种描述方式，而且是真正的______存在。 4、 电磁波具有_______。光是一种电磁波—传播着的______，光具有________。 5、 电磁波还可以携带_______，既可以____线传播，也可以_____线传播。如：电信网、广播电视网、互联网、卫星宽带通信网络。 【达标检测】 3.电焊作业时，会产生对人体有害的电焊弧光。焊接电弧温度在3000 ℃时，辐射出大量频率为1.0×10¹⁵Hz 的电磁波。根据波长判断，它属于哪种电磁波?电焊工人作业时，需要佩戴专业的防护头盔(图13 .4-8)，这是为什么? 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ 13-4-2 13-4-1 学科网（北京）股份有限公司 $$