2018-2019學(xué)年高中物理 第四章 電磁波與電信息技術(shù) 1 電磁波 2 電磁波譜學(xué)案 教科版選修1 -1.doc

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1　電磁波 2　電磁波譜 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.知道麥克斯韋的電磁場理論．(重點(diǎn)) 2．理解變化的電場和磁場相互激發(fā)形成電磁場．(難點(diǎn)) 3．知道電磁波的基本性質(zhì)．(重點(diǎn)) 4．會(huì)用v＝λf解決問題． 5．知道電磁波的不同波段和用途. [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識(shí)梳理] 一、電磁波 1．麥克斯韋的大膽假設(shè) (1)變化的磁場能產(chǎn)生電場． (2)變化的電場也能產(chǎn)生磁場． 2．電磁波 (1)變化的電場和磁場相互激發(fā)不斷向外傳播，這就是電磁波． (2)赫茲用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了電磁波的存在． 3．電磁波的基本性質(zhì) (1)電磁波具有能量與質(zhì)量，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式． (2)電磁波可以在真空中傳播，它的傳播速度等于光速，即v＝c＝3108 m/s. (3)單位時(shí)間內(nèi)電磁波所發(fā)送的能量與振蕩頻率有關(guān)；頻率愈大，發(fā)送的能量愈多． 二、電磁波譜 1．電磁波的波長、頻率和波速的關(guān)系式為c＝λf，頻率越高的電磁波，波長越短． 2．通常把電磁波分為七個(gè)波段：無線電波、微波、紅外輻射(紅外線)、可見光、紫外輻射(紫外線)、X射線(倫琴射線)、γ射線． [基礎(chǔ)自測] 1．思考判斷 (1)均勻變化的磁場產(chǎn)生均勻變化的電場．(　　) (2)電磁波的傳播不需要介質(zhì)．(　　) (3)赫茲證實(shí)了麥克斯韋的電磁場理論．(　　) (4)波在傳播過程中，頻率不變(　　) (5)電磁波在真空中的速度最大，其值為3.0108 m/s.(　　) (6)紅外線的波長大于紫外線的波長．(　　) 【提示】　(1)　(2)√　(3)√　(4)√　(5)√　(6)√ 2．電磁波在現(xiàn)代生活中有著廣泛的應(yīng)用，建立完整的電磁場理論并預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家是(　　) A．法拉第 B．麥克斯韋 C．奧斯特 D．愛因斯坦 B　[麥克斯韋是建立完整的電磁場理論并預(yù)言電磁波存在的科學(xué)家．] 3．電磁波在空中的傳播速度為v，北京交通廣播電臺(tái)的頻率為f，該電臺(tái)所發(fā)射電磁波的波長λ為(　　) A． B． C． D．vf A　[根據(jù)光速、頻率、波長之間關(guān)系有：v＝λf，所以波長為：λ＝，故A正確，BCD錯(cuò)誤．] 4．在電磁波中，頻率不同的電磁波具有不同的特性、真空中，紅外線、紫外線和X射線的波長由長到短排列順序正確的是(　　) A．X射線、紫外線、紅外線 B．X射線、紅外線、紫外線 C．紅外線、紫外線、X射線 D．紫外線、紅外線、X射線 C　[真空中，紅外線、紫外線和X射線的波長由長到短排列順序正確的是：紅外線、紫外線、X射線．故C正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 電磁波的產(chǎn)生和特點(diǎn) 1．麥克斯韋電磁場理論 (1)對(duì)變化的磁場產(chǎn)生電場的探究 圖411 探究實(shí)驗(yàn)1：裝置如圖411所示，當(dāng)穿過螺線管的磁場隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，引起感應(yīng)電流使燈泡發(fā)光． ①線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢說明了什么？ 麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場在線圈中產(chǎn)生電場，正是這種電場(渦旋電場)在線圈中驅(qū)使自由電子做定向移動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流． ②如果用不導(dǎo)電的塑料線繞制線圈，線圈中還會(huì)有電流、電場嗎？(沒有) ③想象線圈不存在時(shí)線圈所在處的空間還有電場嗎？(有) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：如圖412(甲)所示，麥克斯韋認(rèn)為線圈只不過是用來顯示電場的存在，如圖412(乙)所示線圈不存在時(shí)，變化的磁場同樣在周圍空間產(chǎn)生電場，即這是一種普遍存在的現(xiàn)象，跟閉合電路線圈是否存在無關(guān)．線圈的作用只是用來顯示電流的存在． 圖412 ④靜電場其電場線的特點(diǎn)是起于正電荷止于負(fù)電荷，不會(huì)閉合，而變化的磁場產(chǎn)生的電場其電場線是閉合的． (2)對(duì)變化的電場產(chǎn)生磁場的探究 探究實(shí)驗(yàn)2：①靜止電荷周圍的小磁針不偏轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)電荷周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)． ②在電容器充放電時(shí)，周圍的小磁針發(fā)生擺動(dòng)． 實(shí)驗(yàn)分析：靜止電荷的周圍是穩(wěn)定的電場，不產(chǎn)生磁場，電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，周圍產(chǎn)生的是變化的電場，產(chǎn)生磁場使小磁針擺動(dòng)，在給電容器充、放電時(shí)，兩極板上的電荷量發(fā)生變化，引起兩板間的電場發(fā)生變化，從而在周圍產(chǎn)生磁場使小磁針擺動(dòng)．在給電容器充、放電的時(shí)候，不僅導(dǎo)體中電流要產(chǎn)生磁場，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場周圍也要產(chǎn)生磁場． 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在變化的電場周圍空間中產(chǎn)生磁場． 2．電磁波的特點(diǎn) (1)電磁波是橫波，在傳播方向上任一點(diǎn)電場E和磁場B隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，E的方向和B的方向彼此垂直且與電磁波的傳播方向垂直． (2)電磁波的傳播速度v＝λf，在真空中的傳播速度等于光速． (3)電磁場中以電場和磁場的形式貯存著能量——電磁能．電磁波的發(fā)射過程就是輻射能量的過程． (4)麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲證實(shí)了電磁波的存在，測出了波長和頻率，證實(shí)了電磁波在真空中傳播速度等于光速，驗(yàn)證了電磁波的反射、折射、衍射和干涉等現(xiàn)象． 　(多選)下列說法正確的是(　　) A．恒定電流能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 B．穩(wěn)定電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 C．均勻變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場 D．均勻變化的電場和磁場互相激發(fā)，形成由近及遠(yuǎn)的電磁場 AC　[根據(jù)奧斯特實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證電流的磁效應(yīng)，當(dāng)電流恒定時(shí)產(chǎn)生的磁場是穩(wěn)定的，故A正確．穩(wěn)定的電場不能產(chǎn)生磁場，故B錯(cuò)誤．電場變化時(shí)產(chǎn)生磁場，且均勻變化時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定磁場，故C正確．均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定磁場，而穩(wěn)定的磁場不能再次激發(fā)電場，故不能形成由近及遠(yuǎn)的電磁場，D錯(cuò)誤．] 在理解麥克斯韋的電磁場理論時(shí)，要注意靜電場不產(chǎn)生磁場，穩(wěn)定的磁場也不產(chǎn)生電場. [針對(duì)訓(xùn)練] 1．電磁波在真空中的傳播速度為________m/s，某電臺(tái)發(fā)射 的電磁波的頻率為300 kHz，它的波長為________m. 【解析】　電磁波在真空中的傳播速度為c＝3108 m/s 根據(jù)c＝λf，有 λ＝c/f＝m＝1 000 m 【答案】　3108　1 000 電磁波譜及其應(yīng)用 1．電磁波譜 無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線合起來，構(gòu)成了范圍非常廣泛的電磁波譜．可見光只是其中很窄的一個(gè)波段．由于它們都是本質(zhì)相同的電磁波，所以它們的行為都遵循共同的規(guī)律，但另一方面，由于它們的頻率不同而又呈現(xiàn)出不同的特性．例如，波長較長的無線電波，很容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象，但對(duì)波長越來越短的可見光、紫外線、X射線、γ射線，要觀察到它們的干涉、衍射現(xiàn)象越來越困難了． 2．電磁波譜中各種波段的特征用途比較 電磁波譜 無線電波 紅外線 可見光 紫外線 倫琴射線 γ射線 特性 波動(dòng)性強(qiáng) 熱作用強(qiáng) 感光性強(qiáng) 化學(xué)作用熒光效應(yīng) 穿透力強(qiáng) 穿透力最強(qiáng) 用途 通訊廣播、導(dǎo)航 加熱、遙測遙感、紅外攝像、紅外制導(dǎo) 照明、照相等 殺菌消毒、治療皮膚病等 檢查、探測、透視、治療 探測、治療 產(chǎn)生機(jī)理 振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng) 原子外層電子受到激發(fā) 原子內(nèi)層電子受到激發(fā) 原子核受激發(fā) 說明 振蕩電路中產(chǎn)生 一切物體都能輻射 由七種色光組成 一切高溫物體都能輻射 倫琴射線管中高速電子流射至陽極產(chǎn)生 放射性元素衰變時(shí)產(chǎn)生 遞變規(guī)律 ――――――――――――→ 頻率變大，衍射能力減弱 　(多選)以下關(guān)于電磁波譜的理解正確的是(　　) A．紅外線的波長比紫外線的波長短 B．可見光不屬于電磁波 C．無線電波的波長比γ射線波長要長 D．無線電波的波長大于1 mm CD　[按照波長由小到大的順序排列，電磁波可劃分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波，而波長大于1 mm的電磁波屬于無線電波．所以C、D正確．] 從無線電波到γ射線都是本質(zhì)相同的電磁波，其行為服從共同的規(guī)律，但因波長(或頻率)不同又表現(xiàn)出不同的特點(diǎn).要熟記各部分的波長、頻率范圍及其關(guān)系，知道同一電磁波的波長與頻率成反比. [針對(duì)訓(xùn)練] 2．(多選)電磁波按波長大小的順序把它們排列成譜，如圖413所示，由電磁波譜可知(　　) 圖413 A．微波是不可見光 B．紅外線可以殺菌消毒 C．紫外線的波長比紅外線長 D．X射線能穿透物質(zhì)，可以用來檢查生物骨骼結(jié)構(gòu) AD　[微波是不可見光，選項(xiàng)A正確；紅外線有熱作用，紫外線可以殺菌消毒，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；紫外線的波長比紅外線短，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；X射線能穿透物質(zhì)，可以用來檢查生物骨骼結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)D正確；故選AD.] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．電磁場理論預(yù)言了什么(　　) A．預(yù)言了變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場 B．預(yù)言了變化的電場能夠在周圍產(chǎn)生磁場 C．預(yù)言了電磁波的存在，電磁波在真空中的速度為光速 D．預(yù)言了電能夠產(chǎn)生磁，磁能夠產(chǎn)生電 C　[麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并計(jì)算出了電磁波的傳播速度等于光速．] 2．對(duì)紅外線的作用及來源不正確的敘述有(　　) A．一切物體都在不停地輻射紅外線 B．紅外線有很強(qiáng)的熒光效應(yīng) C．紅外線最顯著的作用是熱作用 D．紅外線容易穿過云霧、煙塵 B　[一切物體都在不停地輻射紅外線，且熱的物體比冷的物體的紅外線輻射本領(lǐng)大，A正確．熒光效應(yīng)是紫外線特性，紅外線沒有，紅外線的最顯著作用是熱作用，B錯(cuò)誤，C正確．紅外線波長較長，衍射能力比較強(qiáng)，D正確．故選B.] 3．根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，下列說法中正確的是(　　) A．在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，在磁場周圍一定產(chǎn)生電場 B．在變化的電場周圍一定產(chǎn)生變化的磁場，在變化的磁場周圍一定產(chǎn)生變化的電場 C．均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場 D．周期性變化的電場周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場 D　[根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的電場才能產(chǎn)生磁場，均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場．故選D.] 4．①驗(yàn)鈔機(jī)的紫外線、②電視機(jī)遙控器的紅外線、③CT機(jī)的X射線，它們都是電磁波，按頻率從高到低的排列順序是(　　) A．①②③　　 B．③②① C．②③① D．③①② D　[CT機(jī)的X射線的頻率高于驗(yàn)鈔機(jī)的紫外線的頻率；驗(yàn)鈔機(jī)的紫外線的頻率高于電視機(jī)遙控器的紅外線的頻率．故D項(xiàng)正確．]