5.3 初识电磁波及其应用 5.4 初识光量子与量子世界（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第3节　初识电磁波及其应用 第4节　初识光量子与量子世界 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.了解电磁波，知道电磁场的物质性。 2．了解电磁波的应用及其带来的影响。 3．知道光是一种电磁波，知道光的能量是不连续的。 4．初步了解微观世界的量子化特征 理解电磁波的产生原理，了解电磁波的应用和电磁污染及防护，具有与光的量子化有关的能量观念 能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，能理性讨论电磁污染及其防护问题。通过对场的认识，能体会人类对自然界的认识是不断发展的 [对应学生用书P124] 知识点一 初识电磁波及其应用 1.电磁波的产生❶ (1)英国物理学家麦克斯韦提出，变化的磁场在周围空间激发出电场，变化的电场也能够产生磁场。 (2)周期性变化的磁场周围会产生周期性变化的电场，周期性变化的电场周围也会产生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一个统一的、不可分割的电磁场。 (3)空间交替变化的电磁场传播出去就形成了电磁波❷。赫兹证实了电磁波的存在。 2．电磁波的应用❸ (1)手机通话是靠一种特殊的无线通信系统来实现的。 (2)雷达是一种检测飞行器、船只等远距离物体位置的系统。 (3)卫星通信利用地球同步卫星传递微波通信信号。 3．电磁污染及防护 (1)电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染。 (2)电磁辐射的防护。从物理学的角度看，可以从电磁波源、电磁波的传播途径及受辐射的人三个方面进行防护。 1．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在。(　×　) 2．电磁波的传播不需要介质。(　√　) 知识点二 初识光量子与量子世界 1.光的量子化 (1)光的微粒说和光的波动说。光的微粒说可以解释光的反射、光的颜色等；光的波动说可解释光的干涉、衍射、偏振等现象。 (2)爱因斯坦在解释光电效应时提出了光量子假说，认为光的发射、传播和接收都是一份份光子的形式进行的。后来光量子正式命名为光子。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即具有波粒二象性。 2．初识量子世界：量子假说认为，物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，即E＝nε(n＝1，2，3…)。一份能量就是一个能量子，能量子的能量ε与频率ν成正比，即ε＝hν❹。 1．光是一种电磁波。(　√　) 2．微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　√　) 批注❶：如图甲所示，变化的磁场在其周围空间产生电场。 如图乙所示，变化的电场在其周围空间产生磁场。 批注❷：电磁波是一种客观存在的物质，具有能量；电磁波是横波，且传播速度与光速相同。 批注❸：1901年，马可尼成功地进行了跨越大西洋的无线电通信，实现了人类历史上第一次远距离无线电通信。1906年，美国物理学家费森登进行了人类历史上第一次无线电广播。 批注❹：式中，h＝6.626 176×10-34 J·s。这是普朗克引进的一个物理普适常量，称为普朗克常量。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P125] 探究点一　麦克斯韦电磁场理论　(物质观念之形成) ►情境探究 (1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场的电场线有区别吗？ (2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？ 提示：(1)变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不闭合的。 (2)不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。 ►探究归纳 1．对麦克斯韦电磁场理论的理解 恒定的电场不产生磁场 恒定的磁场不产生电场 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 不均匀变化的电场在周围空间产生变化的磁场 不均匀变化的磁场在周围空间产生变化的电场 振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场 2.电场、磁场的变化关系 ►对点例练 某电路中电场随时间变化的图像如图所示，能发射电磁波的电场是哪一种(　　) D　解析：A中，电场不随时间变化，不会产生磁场；B和C中，电场都随时间作均匀的变化，只能在周围产生稳定的磁场，不会产生和发射电磁波；D中，电场随时间作不均匀的变化，能在周围空间产生变化的磁场，而这磁场的变化也是不均匀的，又能产生变化的电场，从而交织成一个不可分割的统一体，即形成电磁场，能发射电磁波，D正确。 [练1]关于电磁场理论，下列说法正确的是(　　) A．在电场周围一定产生磁场，变化的磁场周围一定产生电场 B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场 C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场 D．周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场 D　解析：根据麦克斯韦电磁场理论，只有变化的电场能产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场才产生变化的磁场，D正确，A、B、C错误。 探究点二　光量子与量子世界　(物质观念之形成) ►情境探究 如图所示是原子的核式模型示意图，元电荷是电荷量的最小单位，那么物体电荷量是否具有量子化的特征？ 提示：物体的电荷量是元电荷的整数倍，并不是连续变化的，具有量子的特征。 ►探究归纳 1．能量子公式 ε＝hν＝，λ为电磁波波长，ν是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗克常量，其值为h＝6.63×10-34 J·s。 2．能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。 3．量子化假设的实验证实 普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意地相符”。比较图线如下图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值。 ►对点例练 对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　　) A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B．辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍 C．吸收的能量可以是连续的 D．辐射和吸收的能量都可以是连续的 A　解析：带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故A正确，B、C、D错误。 [练2]下列对光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　) A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波 C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的 D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说 D　解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性；当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性，粒子性和波动性是光子本身的属性，光子说并未否定电磁说，故D正确，A、B、C错误。 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3](科技情境)现在车辆常安装GPS(全球卫星定位系统)接收器，可用来接收卫星发射的信号，实现对车辆的精确定位和导航。卫星向GPS接收器传送信息通过的是(　　) A．激光 B．电磁波 C．红外线 D．紫外线 B　解析：GPS接收器通过接收卫星发射的导航信号，实现对车辆的精确定位并导航；卫星向GPS接收器传送信息依靠的是电磁波，故选B。 [练4](生活情境)为了体现高考的公平、公正，高考时很多地方在考场使用手机信号屏蔽器，该屏蔽器在工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描，该扫描速度可以在手机接收报文信号时形成乱码干扰，手机不能检测从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立连接，达到屏蔽手机信号的目的，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象。由以上信息可知(　　) A．由于手机信号屏蔽器的作用，考场内没有电磁波了 B．电磁波必须在介质中才能传播 C．手机信号屏蔽器工作时基站发出的电磁波不能传播到考场内 D．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的的 D　解析：电磁波在空间的存在，不会因手机信号屏蔽器而消失，故A错误；电磁波可以在真空中的传播，B错误；由题意知手机信号屏蔽器工作过程中以一定的速度由低端频率向高端频率扫描，干扰由基站发出的电磁波信号，使手机不能正常工作，故C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$