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(chǎng)理論．(重點(diǎn)) 2．理解變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互激發(fā)形成電磁場(chǎng)．(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(wèn)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(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)． (2)變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng)． 2．電磁波 (1)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(zhǎng)、頻率和波速的關(guān)系式為c＝λf，頻率越高的電磁波，波長(zhǎng)越短． 2．通常把電磁波分為七個(gè)波段：無(wú)線電波、微波、紅外輻射(紅外線)、可見(jiàn)光、紫外輻射(紫外線)、X射線(倫琴射線)、γ射線． [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．思考判斷 (1)均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)．(　　) (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(chǎng)理論．(　　) (4)波在傳播過(guò)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(zhǎng)大于紫外線的波長(zhǎng)．(　　) 【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(chǎng)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(ài)因斯坦 B　[麥克斯韋是建立完整的電磁場(chǎng)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(zhǎng)λ為(　　) A． B． C． D．vf A　[根據(jù)光速、頻率、波長(zhǎng)之間關(guān)系有：v＝λf，所以波長(zhǎng)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(zhǎng)由長(zhǎng)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(zhǎng)由長(zhǎng)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(chǎng)理論 (1)對(duì)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的探究 圖411 探究實(shí)驗(yàn)1：裝置如圖411所示，當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)，上面的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(shì)說(shuō)明了什么？ 麥克斯韋認(rèn)為變化的磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生電場(chǎng)，正是這種電場(chǎng)(渦旋電場(chǎng))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(chǎng)嗎？(沒(méi)有) ③想象線圈不存在時(shí)線圈所在處的空間還有電場(chǎng)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(guò)是用來(lái)顯示電場(chǎng)的存在，如圖412(乙)所示線圈不存在時(shí)，變化的磁場(chǎng)同樣在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，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(wú)關(guān)．線圈的作用只是用來(lái)顯示電流的存在． 圖412 ④靜電場(chǎng)其電場(chǎng)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(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)其電場(chǎng)線是閉合的． (2)對(duì)變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)，不產(chǎn)生磁場(chǎng)，電荷運(yùn)動(dòng)時(shí)，周圍產(chǎn)生的是變化的電場(chǎng)，產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)發(fā)生變化，從而在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)，而且在電容器兩極板間周期性變化著的電場(chǎng)周圍也要產(chǎn)生磁場(chǎng)． 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在變化的電場(chǎng)周圍空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)． 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(chǎng)E和磁場(chǎng)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(chǎng)中以電場(chǎng)和磁場(chǎng)的形式貯存著能量——電磁能．電磁波的發(fā)射過(guò)程就是輻射能量的過(guò)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(cè)出了波長(zhǎng)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(shuō)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(chǎng) B．穩(wěn)定電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng) C．均勻變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng) D．均勻變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相激發(fā)，形成由近及遠(yuǎn)的電磁場(chǎng) 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(chǎng)是穩(wěn)定的，故A正確．穩(wěn)定的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，故B錯(cuò)誤．電場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，且均勻變化時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)，故C正確．均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)，而穩(wěn)定的磁場(chǎng)不能再次激發(fā)電場(chǎng)，故不能形成由近及遠(yuǎn)的電磁場(chǎng)，D錯(cuò)誤．] 在理解麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論時(shí)，要注意靜電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng)，穩(wěn)定的磁場(chǎng)也不產(chǎn)生電場(chǎng). [針對(duì)訓(xùn)練] 1．電磁波在真空中的傳播速度為_(kāi)_______m/s，某電臺(tái)發(fā)射 的電磁波的頻率為300 kHz，它的波長(zhǎng)為_(kāi)_______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(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線合起來(lái)，構(gòu)成了范圍非常廣泛的電磁波譜．可見(jiàn)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(zhǎng)較長(zhǎng)的無(wú)線電波，很容易表現(xiàn)出干涉、衍射現(xiàn)象，但對(duì)波長(zhǎng)越來(lái)越短的可見(jiàn)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(lái)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(wú)線電波 紅外線 可見(jiàn)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(cè)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(cè)、透視、治療 探測(cè)、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(shuō)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(yáng)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(zhǎng)比紫外線的波長(zhǎng)短 B．可見(jiàn)光不屬于電磁波 C．無(wú)線電波的波長(zhǎng)比γ射線波長(zhǎng)要長(zhǎng) D．無(wú)線電波的波長(zhǎng)大于1 mm CD　[按照波長(zhǎng)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(jiàn)光、紅外線和無(wú)線電波，而波長(zhǎng)大于1 mm的電磁波屬于無(wú)線電波．所以C、D正確．] 從無(wú)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(zhǎng)(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(zhǎng)、頻率范圍及其關(guān)系，知道同一電磁波的波長(zhǎng)與頻率成反比. [針對(duì)訓(xùn)練] 2．(多選)電磁波按波長(zhǎng)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(jiàn)光 B．紅外線可以殺菌消毒 C．紫外線的波長(zhǎng)比紅外線長(zhǎng) D．X射線能穿透物質(zhì)，可以用來(lái)檢查生物骨骼結(jié)構(gòu) AD　[微波是不可見(jiàn)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(zhǎng)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(lái)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(chǎng)理論預(yù)言了什么(　　) A．預(yù)言了變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng) B．預(yù)言了變化的電場(chǎng)能夠在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng) 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(lái)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(guò)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(méi)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(zhǎng)較長(zhǎng)，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(chǎng)理論，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．在電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生電場(chǎng) B．在變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，在變化的磁場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生變化的電場(chǎng) C．均勻變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng) D．周期性變化的電場(chǎng)周圍一定產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng) D　[根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，只有變化的電場(chǎng)才能產(chǎn)生磁場(chǎng)，均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)．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．]