高中物理 第2章 電磁感應(yīng)與電磁場 第4節(jié) 麥克斯韋電磁場理論教師用書 粵教版

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第四節(jié)　麥克斯韋電磁場理論 課　標　解　讀 重　點　難　點 1.知道什么是電磁波．了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想，體會其在物理學發(fā)展中的意義. 2.了解赫茲證實電磁波存在的實驗，體會實驗驗證在物理理論發(fā)展中的地位和作用. 1.電磁場理論．(重難點) 2.電磁波．(重點) 電磁場理論的建立及驗證 1.基本知識 (1)電磁場理論 英國物理學家麥克斯韋在研究了法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，提出了電磁場理論：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的電場和變化的磁場相互聯(lián)系，形成一個不可分割的統(tǒng)一體——電磁場．電場和磁場只是電磁場這個統(tǒng)一體的兩種具體表現(xiàn)形式． (2)電磁波的形成 如果在空間某處產(chǎn)生了變化的電場，就會在空間引起變化的磁場；而這變化的電場和磁場又在較遠的空間引起新的變化的電場和磁場．這個過程反復進行，使變化的電場和磁場由近及遠地向周圍空間傳播出去，形成電磁波． (3)驗證 1888年，德國物理學家赫茲用實驗驗證了電磁波的存在，證明電磁波與光一樣，具有反射、折射、衍射和干涉等波動特性，并發(fā)現(xiàn)電磁波的傳播速度等于光速，證實了光是一種電磁波． 2．思考判斷 (1)有電場的空間一定存在磁場，有磁場的空間也一定能產(chǎn)生電場．() (2)均勻變化的電場周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場．() (3)周期性變化的磁場周圍空間一定產(chǎn)生周期性變化的電場．(√) 3．探究交流 麥克斯韋在建立電磁場理論的過程中，提出了什么假說？運用了哪些物理思想？ 【提示】　麥克斯韋提出了“變化的磁場產(chǎn)生電場”、“變化的電場產(chǎn)生磁場”兩個假說，研究中麥克斯韋采用了聯(lián)想、推理、類比、對稱等物理學的思想方法. 電磁場也是物質(zhì) 1.基本知識 電磁場可以使電荷移動，即可以對電荷做功，這說明電磁場具有能量． 俄國物理學家列別捷夫測量到光對被照射物的壓力，表明電磁場具有與其他物質(zhì)相互作用的屬性．所以說，電磁場是物質(zhì)存在的基本形態(tài)之一． 2．思考判斷 (1)電磁波具有能量．(√) (2)電磁波的傳播必需有介質(zhì)．() 3．探究交流 炎熱的夏季，街頭樹陰下乘涼的人們都悠閑地聽著自己喜歡的電臺節(jié)目，成為現(xiàn)代人們消閑的一道風景．這些天人傳話一樣的聲音是怎么來到人們跟前的呢？ 【提示】　由一道電磁波傳播到人們跟前的. 麥克斯韋電磁場理論 【問題導思】　 1.麥克斯韋電磁場理論的內(nèi)容是什么？ 2.電磁場的實質(zhì)是什么？ 1．麥克斯韋電磁場理論 2．電磁場 如果在空間某處產(chǎn)生了周期性變化的電場，就會在周圍空間引起周期性變化的磁場，而這個周期性變化的磁場又在較遠的空間引起新的周期性變化的電場．變化的電場和變化的磁場相互聯(lián)系，形成了一個不可分割的統(tǒng)一體——電磁場． 1．麥克斯韋電磁場理論中的“均勻變化”指的是在相等的時間內(nèi)磁感應(yīng)強度或電場強度的變化量相同；“振蕩”是指周期性變化并且變化是不均勻的． 2．恒定的電場不產(chǎn)生磁場；恒定的磁場不產(chǎn)生電場． 　關(guān)于電磁場理論，下列說法正確的是(　　) A．在電場周圍一定產(chǎn)生磁場，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，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 【審題指導】　麥克斯韋電磁場理論的核心是變化的電場(磁場)產(chǎn)生磁場(電場)，穩(wěn)定的電場(磁場)不產(chǎn)生磁場(電場)． 【解析】　根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，只有變化的電場周圍才產(chǎn)生磁場，所以A錯；而非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，均勻變化的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，所以B、C錯，故選D. 【答案】　D 1．(多選)按照麥克斯韋電磁理論，以下說法中正確的是(　　) A．恒定的電場周圍產(chǎn)生恒定的磁場，恒定的磁場周圍產(chǎn)生恒定的電場 B．變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場 C．均勻變化的電場周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生均勻變化的電場 D．均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場 【解析】　對此理論全面正確的理解為：不變化的電場周圍不產(chǎn)生磁場；變化的電場周圍可以產(chǎn)生變化磁場，也可以產(chǎn)生不變化的磁場；均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場；周期性變化的電場產(chǎn)生同頻率的周期性變化的磁場．變化的磁場產(chǎn)生電場的規(guī)律與以上類似，故正確答案為B、D. 【答案】　BD 電磁波的特點 【問題導思】　 1.電磁波的傳播速度是多少？ 2.電磁波的傳播需要介質(zhì)嗎？ 1．在真空中電磁波的傳播速度等于光速，光是一種電磁波． 2．電磁場中以電場和磁場的形式貯存著能量——電磁能．電磁波的傳播過程就是能量傳播的過程． 3．麥克斯韋預(yù)言了電磁波，赫茲證實了電磁波的存在，測出了波長和頻率，證實了真空中電磁波的傳播速度等于光速，驗證了電磁波的反射、折射、衍射和干涉等現(xiàn)象． 4．電磁波可以在介質(zhì)中傳播，也可以在真空中傳播．且任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是3108 m/s. 　(多選)下列關(guān)于電磁波的說法中正確的是(　　) A．只要電場和磁場發(fā)生變化，就能產(chǎn)生電磁波 B．電磁波傳播需要介質(zhì) C．停止發(fā)射電磁波，發(fā)射出去的電磁波仍能獨立存在 D．電磁波具有能量，電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的 【審題指導】　變化的電磁場由近及遠向外傳播就是電磁波． 【解析】　對電磁波的產(chǎn)生機制及傳播途徑要搞清，如果電場(或磁場)是均勻變化的，產(chǎn)生的磁場(或電場)是恒定的，就不能產(chǎn)生新的電場(或磁場)，也就不能產(chǎn)生電磁波．電磁波不同于機械波，它的傳播不需要介質(zhì)，故應(yīng)選C、D. 【答案】　CD 2．(2015廣東學業(yè)水平測試)衛(wèi)星定位系統(tǒng)在日常生活中有廣泛的應(yīng)用，定位時，接收器需要獲得衛(wèi)星發(fā)送的信號，衛(wèi)星發(fā)送的是(　　) A．聲波 B．電磁波 C．次聲波 D．機械波 【解析】　聲波、次聲波均為機械波，只能在介質(zhì)中傳播，不能在真空中傳播，故高空的衛(wèi)星只能發(fā)送可在真空中傳播的電磁波，B正確． 【答案】　B 【備課資源】 未來軍事中的電磁技術(shù) 美國的一份權(quán)威雜志曾對未來戰(zhàn)爭作過一次有趣的預(yù)測：下一次世界災(zāi)難降臨的時候，你可能看不到蘑菇云，除了柴油機，所有引擎都罷工了．世界仿佛倒退到200年前，而你卻毫發(fā)無傷，這就是電磁脈沖武器破壞后的世界． 電磁武器的能量以輸出點為頂點呈錐形向外延伸，在傳輸過程中不受大氣、云霧等影響，能量損失少，并且其作用目標是其有效空間內(nèi)的所有電子設(shè)備，其對于精確定位技術(shù)的依賴性不高，因而遠比以往電子戰(zhàn)中的精確制導炸彈、反輻射導彈更有優(yōu)勢．任何電子設(shè)備都要在一定的電磁環(huán)境下才能工作，而在電磁脈沖輻射超過其閾值時，該電子設(shè)備將失去功能，就目前電子設(shè)備的防護現(xiàn)狀來說，越是數(shù)字化、信息化程度高的基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)備越易受到攻擊．但一般距離上不會危及人員安全，看起來比較人道. 1．(20136月廣東省學業(yè)水平考試)火星探測器從火星向地球發(fā)回成功著陸的信號，發(fā)回的信號屬于(　　) A．電磁波 B．聲波 C．超聲波 D．次聲波 【解析】　從火星到地球之間絕大部分空間是真空，沒有傳播聲波的介質(zhì)，而電磁波的傳播不需要介質(zhì)，所以選項A正確． 【答案】　A 2．(多選)(2015廣東學業(yè)水平測試)關(guān)于電磁場和電磁波，下列說法正確的有(　　) A．電磁波不能在真空中傳播 B．變化的電場一定能產(chǎn)生變化的磁場 C．電磁波在真空中傳播的速度是3108 m/s D．變化的電場和磁場由近及遠地向周圍空間傳播，形成電磁波 【解析】　電磁波可以在真空中傳播，A錯誤；均勻變化的電場產(chǎn)生恒定磁場，B錯誤；電磁波在真空中傳播的速度是3108 m/s，C正確；由電磁波的定義可知D正確． 【答案】　CD 3．(多選)以下關(guān)于機械波與電磁波的說法中，正確的是(　　) A．機械波與電磁波本質(zhì)上是一致的 B．機械波的波速只與介質(zhì)有關(guān)，而電磁波在介質(zhì)中的波速，不僅與介質(zhì)有關(guān)，而且與電磁波的頻率有關(guān) C．機械波和電磁波的傳播都離不開介質(zhì) D．它們都可發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象 【解析】　機械波與電磁波產(chǎn)生的根源不同，是由不同的運動形成的，產(chǎn)生的本質(zhì)也不同，A、C錯誤．B、D正確． 【答案】　BD